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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Anmeldung mit der Nummer 10-2014-0180411 , eingereicht am 15. Dezember 2014, die hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Impedanzmessungsvorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose, womit ein Strom überwacht wird, der durch eine Last fließt, und eine Frequenzanalyse zwischen Abtastzyklen beim Abtasten des Stroms unter Spannung eines Brennstoffzellenstapels durchgeführt wird, wenn der Strom, der durch die Last fließt, um einen vorgegebenen Wert oder mehr variiert, so dass die für separate Frequenzanalysen nach dem Abtasten erforderliche Zeit verkürzt wird und die Anzahl der separaten Stromeinspeisungskreise reduziert wird.
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Im Allgemeinen ist eine Brennstoffzelle eine Art Generator, welcher die chemische Energie eines Brennstoffs nicht durch Verbrennung in Wärme umwandelt, sondern die chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in einem Stapel in elektrische Energie umwandelt.
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Solche Brennstoffzellen können nicht nur Strom für die Industrie, für Haushalte und für Fahrzeuge liefern, sondern auch den Strom für kleine elektrische/elektronische Produkte bereitstellen.
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So wurde beispielsweise viel Forschungsarbeit in PEMFC (Polymerelektrolytbrennstoffzelle oder Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle) investiert, welche die höchste Leistungsdichte unter den Brennstoffzellen aufweist, die als Stromquellen für Fahrzeuge verwendet werden. Da die PEMFC eine niedrige Betriebstemperatur hat, bietet die PEMFC eine schnelle Anschaltzeit und eine schnelle Energieumwandlungs-Reaktionszeit.
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Die PEMFC umfasst eine Membran-Elektroden-Anordnung (Membrane Electrode Assembly, MEA), eine Gasdiffusionsschicht (Gas Diffusion Layer, GPL), eine Dichtung und einen Kopplungsmechanismus und eine Bipolarplatte. Die MEA weist eine Katalysatorelektrodenschicht auf, die auf beiden Seiten einer festen Polymerelektrolytmembran befestigt ist, durch die Wasserstoffionen bewegt werden, wobei in der Katalysatorelektrodenschicht eine elektrochemische Reaktion auftritt. Die GDL dient dazu, Reaktionsgase gleichförmig zu verteilen und die erzeugte elektrische Energie zu übertragen. Die Dichtung und der Kopplungsmechanismus dienen dazu, eine Dichtungseigenschaft für die Reaktionsgase und das Kühlwasser sowie einen korrekten Klemmdruck aufrechtzuerhalten. Die Bipolarplatte dient dazu, die Reaktionsgase und das Kühlwasser zu bewegen.
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Beim Zusammenbauen eines Brennstoffzellenstapels unter Verwendung einer solchen Einheitszellenanordnung wird eine Kombination aus der MEA und der GDL an dem innersten Teil der Einheitszelle angeordnet. Die MEA weist Katalysatorelektrodenschichten auf beiden Flächen der Polymerelektrolytmembran auf, das heißt, eine Anode und eine Kathode, wobei die Katalysatorelektrodenschichten mit einem Katalysator beschichtet sind, der mit Wasserstoff und Sauerstoff reagieren kann. Auf der Außenseite der Anode und der Kathode sind die GDL und die Dichtung gestapelt.
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Auf der Außenseite der GDL ist die Bipolarplatte angeordnet. Die Bipolarplatte weist ein Strömungsfeld auf, zu dem Reaktionsgas geleitet wird und durch das Kühlwasser strömt, wobei das Reaktionsgas Wasserstoff enthält, der als Brennstoff dient und Luft oder Sauerstoff, der als Oxidationsmittel dient.
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Eine solche Konfiguration wird als Einheitszelle festgelegt. Nachdem eine Vielzahl von Einheitszellen gestapelt wurde, werden ein Stromabnehmer, eine Isolierplatte und eine Endplatte zum Stützen der gestapelten Zellen mit dem äußersten Teil verbunden. Zwischen den jeweiligen Endplatten sind die Einheitszellen gestapelt und miteinander verbunden, um den Brennstoffzellenstapel zu bilden.
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Um das tatsächlich von einem Fahrzeug benötigte Potenzial zu erzielen, muss eine Vielzahl von Einheitszellen entsprechend dem erforderlichen Potenzial gestapelt werden. Die Einheitszellen werden gestapelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
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Das von einer Einheitszelle erzeugte Potenzial beträgt etwa 1,3 V. Es wird beispielsweise eine Vielzahl von Zellen in Reihe gestapelt, um den zum Antreiben des Fahrzeugs erforderlichen Strom zu erzeugen.
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Da die Brennstoffzellen für Fahrzeuge Stabilität bieten müssen, muss die Fehlerdiagnose akkurat und schnell durchgeführt werden.
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Zu Beispielen für Diagnoseverfahren für Brennstoffzellen zählen ein Zellenspannungs-Messverfahren, elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), ein nichtlineares Resonanzverfahren und ein Stromunterbrechungsverfahren.
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Das Zellenspannung-Messverfahren misst die Spannungen aller Zellen, die einen Brennstoffzellenstapel bilden und bestimmt, dass ein Fehler aufgetreten ist, wenn zwischen einer oder mehreren Zellen und einer weiteren Zelle eine große Potenzialdifferenz auftritt.
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Bei der EIS wird eine Frequenz mittels eines Verfahrens zum Berechnen eines internen Parameters eines Systemmodells geändert und die durch Messen einer Ausgangsspannung basierend auf einem kleinen Wechselstrom ermittelte Impedanz verwendet.
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Das nichtlineare Resonanzverfahren diagnostiziert einen Fehler durch Bestimmen der Linearität eines Brennstoffzellen-Systemmodells. Ähnlich wie bei der EIS wird bei dem nichtlinearen Resonanzverfahren eine Ausgangsspannung basierend auf einem Wechselstrom gemessen, ein Hochfrequenz-Verzerrungsfaktor der gemessenen Spannung berechnet und die Linearität des Systemmodells bestimmt, um einen Fehler zu diagnostizieren.
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Bei dem Stromunterbrechungsverfahren wird ein konstanter Strom zu einer Stromzelle geleitet und der Strom unmittelbar unterbrochen. Anschließend wird in dem Stromunterbrechungsverfahren der interne Widerstand basierend auf der Spannungsänderung berechnet.
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Unter diesen Verfahren kann das Zellenspannungs-Messverfahren akkurat zwischen abnormalen und normalen Zellen unterscheiden, da die Zellenspannungen aller Zellen in dem Brennstoffzellenstapel überwacht werden. Da jedoch ein Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug 400 Zellen oder mehr umfasst, kann die Konfiguration komplex werden und die preisliche Wettbewerbsfähigkeit sowie die Zuverlässigkeit nachlassen, wenn alle Zellen mit einem Kabelbaum verbunden werden, um die Spannungen zu messen.
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Das nichtlineare Resonanzverfahren hat eine einfachere Systemkonfiguration als das Zellenspannungs-Messverfahren. Allerdings sind bei dem nichtlinearen Resonanzverfahren komplexe Vorgänge während der Fehlerdiagnose durch die harmonische Analyse für eine Ausgangsspannung erforderlich sowie eine komplexe Steuerung und hohe Kosten beim Erzeugen eines Sinuswellen-Wechselstroms.
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Ferner ändern die EIS, das Stromunterbrechungsverfahren und das nichtlineare Resonanzverfahren den Status einer Brennstoffzelle durch Einleiten oder Ziehen einer bestimmten Spannung/Stroms in bzw. aus der Brennstoffzelle. Daher können die EIS, das Stromunterbrechungsverfahren und das nichtlineare Resonanzverfahren Probleme während des Fahrzeugbetriebs aufweisen und den Betrieb und die Leistung der Brennstoffzelle beeinträchtigen.
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Der Stand der Technik, welcher der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, ist in der Offenlegungsschrift der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0085802 , eingereicht am 8. August 2014 unter dem Titel „Method and System for measuring impedance for state diagnosis of fuel cell stack” offenbart.
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Kurze Zusammenfassung
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose, womit einen Strom überwacht wird, der durch eine Last fließt und eine Frequenzanalyse zwischen Abtastzyklen beim Abtasten des Stroms unter Spannung eines Brennstoffzellenstapels durchgeführt wird, wenn der Strom, der durch die Last fließt, um einen vorgegebenen Wert oder mehr variiert, so dass die für separate Frequenzanalysen nach dem Abtasten erforderliche Zeit verkürzt wird und die Anzahl der separaten Stromeinspeisungskreise reduziert wird.
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In einem Ausführungsbeispiel kann eine Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose aufweisen: eine Strommesseinheit, die zum Messen eines Stroms konfiguriert ist, der von einem Brennstoffzellenstapel zu einer Last fließt; eine Spannungsmesseinheit, die zum Messen einer Spannung des Brennstoffzellenstapels konfiguriert ist; und eine Berechnungseinheit, die zum Überwachen einer Variation des Stroms konfiguriert ist, der durch die Strommesseinheit gemessen wird, zum Durchführen eines Frequenzanalysevorgangs bei jedem Abtasten während des Abtastens des Stroms und der Spannung des Brennstoffzellenstapels, und zum Berechnen der Impedanz basierend auf der analysierten Spannung und dem Strom des Brennstoffzellenstapels.
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Die Berechnungseinheit kann den Strom empfangen, der von dem Brennstoffzellenstapel zu der Last fließt und von der Strommesseinheit gemessen wurde, und den Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels abtasten, wenn eine Differenz zwischen dem Strom, der in dem aktuellen Zyklus eingeleitet wird und dem Strom, der in einem vorhergehenden Zyklus eingeleitet wurde, gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, entsprechend dem Zyklus, in dem die Variation des Stroms bestimmt wird.
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Die Berechnungseinheit kann an einer oder zwei Frequenzen einen Frequenzanalysevorgang durchführen.
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Die Berechnungseinheit kann das Ergebnis des Frequenzanalysevorgangs bei jedem Abtasten zu dem vorhergehenden Ergebnis addieren, während der Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels abgetastet werden.
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Die Berechnungseinheit kann den Frequenzanalysevorgang durch Durchführen der DFT (diskrete Fourier-Transformation) an einem Schritt bei jedem Abtasten durchführen, während der Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels abgetastet werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose beinhalten: Empfangen, durch eine Berechnungseinheit, eines Stroms von einer Strommesseinheit, wobei der Strom von einem Brennstoffzellenstapel zu einer Last fließt; Bestimmen, durch die Berechnungseinheit, einer Variation des empfangenen Stroms; Durchführen, durch die Berechnungseinheit, eines Frequenzanalysevorgangs bei jedem Abtasten, während der Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels mit einer voreingestellten Abtastanzahl entsprechend der Variation des Stroms abgetastet werden; und Berechnen, durch die Berechnungseinheit, der Impedanz des Brennstoffzellenstapels, basierend auf dem analysierten Strom und der Spannung des Brennstoffzellenstapels, wenn das Abtasten abgeschlossen ist.
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Beim Bestimmen der Variation des empfangenen Stroms kann die Berechnungseinheit den Strom empfangen, der von der Brennstoffzelle zu der Last fließt und von der Strommesseinheit gemessen wurde, eine Differenz zwischen dem Strom, der in dem aktuellen Zyklus eingeleitet wird und dem Strom, der in einem vorhergehenden Zyklus eingeleitet wurde, mit einem vorgegebenen Wert entsprechend dem Zyklus vergleichen, in dem die Variation des Stroms bestimmt wird, und die Variation des Stroms bestimmen.
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Das Durchführen der Frequenzanalyseberechnung kann das Durchführen des Frequenzanalysevorgangs an einer oder zwei Frequenzen beinhalten.
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Beim Durchführen des Frequenzanalysevorgangs kann die Berechnungseinheit das Ergebnis des Frequenzanalysevorgangs bei jedem Abtasten zu dem vorhergehenden Ergebnis addieren, während der Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels abgetastet werden.
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Beim Durchführen des Frequenzanalysevorgangs kann die Berechnungseinheit den Frequenzanalysevorgang durch Durchführen der DFT (diskrete Fourier-Transformation) an einem Schritt bei jedem Abtasten durchführen, während der Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels abgetastet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Graph, der die Spannungsvariationen basierend auf dem Lastzustand eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist ein Graph, der eine Impedanzmessungssequenz in der Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind und zum besseren Verständnis hinsichtlich der Dicke von Linien oder der Größen von Komponenten übertrieben dargestellt sein können. Ferner sind die hier verwendeten Begriffe unter Berücksichtigung von Funktionen der Erfindung definiert und können entsprechend der Gewohnheit oder Absicht von Benutzern oder Anwendern geändert werden. Entsprechend soll die Definition der Begriffe gemäß den gesamten hier dargelegten Offenbarungen erfolgen.
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1 ist ein Graph, der die Spannungsvariationen basierend auf dem Lastzustand eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist ein Graph, der eine Impedanzmessungssequenz in der Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie in 2 dargestellt, kann die Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Strommesseinheit 30, eine Spannungsmesseinheit 40 und eine Berechnungseinheit 50 aufweisen.
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Die Strommesseinheit 30 kann einen Strom messen, der von einer Brennstoffzelle 10 zu einer Last 20 fließt und den gemessenen Strom für die Berechnungseinheit 50 bereitstellen.
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Die Spannungsmesseinheit 40 kann die Spannung der Brennstoffzelle 10 messen und die gemessene Spannung für die Berechnungseinheit 50 bereitstellen.
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Die Berechnungseinheit 50 kann Variationen des von der Strommesseinheit 30 gemessenen Stroms überwachen. Wenn der Strom um einen voreingestellten Wert oder mehr variiert, kann die Berechnungseinheit 50 den Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 abtasten.
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Im Allgemeinen wird die Impedanz einer Brennstoffzelle in einem Zustand gemessen, in dem ein Wechselstrom in die Brennstoffzelle eingeleitet wird, um eine Ausgangsspannung zu ändern.
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Allerdings kann die Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Eigenschaft nutzen, dass die Spannung der Brennstoffzelle variiert, wie in 1 dargestellt, wenn sich der Stromverbrauch der Last 20, wie beispielsweise eines Motors des Fahrzeugs, ändert.
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Auch wenn kein Wechselstrom separat eingeführt wird, um die Impedanz der Brennstoffzelle zu messen, kann die Berechnungseinheit 50 so die Variationen des Stroms bestimmen, der durch die Last fließt, während der Strom überwacht wird. Wenn der Strom um den voreingestellten Wert oder mehr variiert, kann die Berechnungseinheit 50 einen Abtastvorgang zum Messen der Impedanz durchführen.
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Das heißt, wenn eine Differenz zwischen einem Strom, der in dem aktuellen Zyklus eingeleitet wird und dem Strom, der in einem vorhergehenden Zyklus eingeleitet wurde, gleich oder größer als der voreingestellte Wert ist, kann die Berechnungseinheit 50 bestimmen, dass der Strom variiert und einen Abtastvorgang zum Messen der Impedanz durchführen. Der Zyklus kann sich auf einen Zyklus beziehen, in dem die Variationen eines Stroms bestimmt wurden.
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Anschließend kann die Berechnungseinheit 50 einen Wert, der durch Durchführen eines Frequenzanalysevorgangs erhalten wird, während jedes Abtastens zu dem vorhergehenden Ergebniswert addieren. Wenn die vorgegebene Anzahl an Abtastvorgängen durchgeführt wurde, kann die Berechnungseinheit 50 die Impedanz berechnen.
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Das heißt, wenn das Abtasten gemäß der Impedanzmessungssequenz aus 3 durchgeführt wird, kann die Berechnungseinheit 50 einen Frequenzanalysevorgang während einer freien Zeit ab dem Zeitpunkt, an dem das Abtasten durchgeführt wird bis zu dem Zeitpunkt, an dem das nächste Abtasten erfolgt, durchführen. Somit kann die Berechnungseinheit 50 die Zeit aussparen, die zum Sammeln der abgetasteten Stromwerte und Spannungen und zum Durchführen eines Frequenzanalysevorgangs nach Beendigung des Abtastens erforderlich ist.
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Dabei kann die Berechnungseinheit 50 die DFT (diskrete Fourier-Transformation) aus Gleichung 1 an einem Schritt durchführen, sobald das Abtasten erfolgt, und die Ergebnisse addieren, um den Frequenzanalysevorgang durchzuführen.
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Da in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur eine oder zwei Frequenzkomponenten zur Impedanzberechnung erforderlich sind, muss die Berechnungseinheit 50 keine FFT (schnelle Fourier-Transformation) durchführen, sondern kann die DFT nutzen, um einen Frequenzanalysevorgang durchzuführen. Dadurch kann die Berechnungszeit verbessert werden.
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In Gleichung 1 repräsentiert IF die Stromspektrumsgröße einer Frequenz F, VF repräsentiert die Spannungsspektrumsgröße der Frequenz F, Ic(n) repräsentiert den Strom des Brennstoffzellenstapels beim n-ten Abtasten und Vc(n) repräsentiert die Spannung des Brennstoffzellenstapels beim n-ten Abtasten.
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So kann die Berechnungseinheit 50 bei jedem Abtasten einen Frequenzanalysevorgang durchführen, sobald der Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 abgetastet werden, und das aktuelle Analyseergebnis und das vorhergehende Analyseergebnis addieren. Wenn die vorgegebene Anzahl an Abtastvorgängen durchgeführt wurde, kann die Berechnungseinheit 50 eine Stromspektrumsgröße und eine Spannungsspektrumsgröße für die voreingestellte Abtastanzahl erhalten. So kann die Berechnungseinheit 50 die Impedanz durch Gleichung 2 basierend auf dem analysierten Strom und der Spannung berechnen.
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[Gleichung 2]
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Die berechnete Impedanz kann an eine Steuereinheit (nicht dargestellt) gemeldet werden, und die Steuereinheit kann bestimmen, ob die Impedanz von einem voreingestellten Bereich abweicht, um die Brennstoffzelle zu diagnostizieren.
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Wie oben beschrieben, kann die Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Strom überwachen, der durch die Last fließt. Wenn der überwachte Strom um einen voreingestellten Wert oder mehr variiert, kann die Vorrichtung eine Frequenzanalyse zwischen den Abtastzyklen beim Abtasten des Stroms und der Spannung des Brennstoffzellenstapels durchführen. So kann die Vorrichtung nicht nur eine Zeit verkürzen, die für die separate Frequenzanalyse nach Beendigung des Abtastens erforderlich ist, sondern auch einen separaten Stromeinspeisungskreis erübrigen.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie in 4 dargestellt, wird das Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschrieben. Zunächst kann die Berechnungseinheit 50 einen Strom von der Strommesseinheit 30 empfangen, wobei der Strom von dem Brennstoffzellenstapel 10 zu dem Brennstoffzellenstapel 10 fließt.
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Im Allgemeinen wird die Impedanz einer Brennstoffzelle in einem Zustand gemessen, in dem ein Wechselstrom in die Brennstoffzelle eingeleitet wird, um eine Ausgangsspannung zu ändern.
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Allerdings kann die Vorrichtung zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Eigenschaft nutzen, dass die Spannung der Brennstoffzelle variiert, wie in 1 dargestellt, wenn sich der Stromverbrauch der Last 20, wie beispielsweise eines Motors des Fahrzeugs, ändert.
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Dann kann die Berechnungseinheit 50 in Schritt S12 eine Variation des Stroms bestimmen, der von dem Brennstoffzellenstapels 10 zu der Last 20 fließt. Das heißt, die Berechnungseinheit 50 kann bestimmen, ob die Stromvariation gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
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Wenn die Stromvariation kleiner als der vorgegebene Wert ist, kann die Berechnungseinheit 50 zu Schritt S10 zurückkehren. Dann kann die Berechnungseinheit 50 den Strom empfangen, der von dem Brennstoffzellenstapel 10 zu der Last 20 fließt, und den Strom überwachen. Das heißt, wenn eine Differenz zwischen einem Strom, der in dem aktuellen Zyklus eingeleitet wird und dem Strom, der in einem vorhergehenden Zyklus eingeleitet wurde, gleich oder größer als der voreingestellte Wert ist, kann die Berechnungseinheit 50 bestimmen, dass der Strom variiert.
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Wenn jedoch die Stromvariationen bei Schritt S12 gleich oder größer als der voreingestellte Wert ist, kann die Berechnungseinheit 50 die Frequenzanalysevariablen bei Schritt S14 zurücksetzen. Das heißt, die Berechnungseinheit 50 kann die während der vorhergehenden Frequenzanalyse verwendeten Werte zurücksetzen und eine neue Abtastanzahl zum Abtasten festlegen.
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Dann kann die Berechnungseinheit 50 den Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 durch die Strommesseinheit 30 und die Spannungsmesseinheit 40 abtasten.
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Anschließend kann die Berechnungseinheit 50 bei Schritt S18 die DFT aus Gleichung 3 an einem Schritt durchführen, sobald das Abtasten durchgeführt wird, und die Ergebnisse addieren.
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So kann die Berechnungseinheit 50 bei jedem Abtasten einen Frequenzanalysevorgang durchführen, sobald der Strom und die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 abgetastet werden, und das aktuelle Analyseergebnis und das vorhergehende Analyseergebnis addieren. Wenn die vorgegebene Anzahl an Abtastvorgängen durchgeführt wurde, kann die Berechnungseinheit 50 so eine Stromspektrumsgröße und eine Spannungsspektrumsgröße für die voreingestellte Abtastanzahl erhalten.
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In Gleichung 1 repräsentiert IF die Stromspektrumsgröße einer Frequenz F, VF repräsentiert die Spannungsspektrumsgröße der Frequenz F, Ic(n) repräsentiert den Strom des Brennstoffzellenstapels beim n-ten Abtasten und Vc(n) repräsentiert die Spannung des Brennstoffzellenstapels beim n-ten Abtasten.
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Da in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur eine oder zwei Frequenzkomponenten zur Impedanzberechnung erforderlich sind, muss die Berechnungseinheit 50 keine FFT durchführen, sondern kann die DFT nutzen, um einen Frequenzanalysevorgang durchzuführen. Dadurch kann die Berechnungszeit verbessert werden.
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Die Berechnungseinheit 50 kann den Prozess zum Abtasten des Stroms und der Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 wiederholen und den Frequenzanalysevorgang durchführen, bis die Anzahl der Abtastvorgänge die voreingestellte Abtastanzahl N erreicht. Wenn dabei die Abtastanzahl (n) erhöht wird, kann die Berechnungseinheit 50 den Prozess wiederholen, bis die Abtastanzahl N erreicht.
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Während die Berechnungseinheit 50 bei Schritt S20 den Prozess bis zur voreingestellten Abtastanzahl durchführt, kann sie den Frequenzanalysevorgang durchführen und das aktuelle Analyseergebnis und das vorhergehende Analyseergebnis addieren. Wenn die vorgegebene Anzahl an Abtastvorgängen durchgeführt wurde, kann die Berechnungseinheit 50 eine Stromspektrumsgröße und eine Spannungsspektrumsgröße für die voreingestellte Abtastanzahl erhalten. So kann die Berechnungseinheit 50 bei Schritt S24 die Impedanz durch Gleichung 4 basierend auf dem analysierten Strom und der Spannung berechnen.
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[Gleichung 4]
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Die berechnete Impedanz kann an eine Steuereinheit (nicht dargestellt) gemeldet werden, und die Steuereinheit kann bestimmen, ob die Impedanz von einem voreingestellten Bereich abweicht, um die Brennstoffzelle zu diagnostizieren.
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Wie oben beschrieben, kann das Verfahren zum Messen der Impedanz zur Brennstoffzellendiagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Strom überwachen, der durch die Last fließt. Wenn der überwachte Strom um einen voreingestellten Wert oder mehr variiert, kann die Vorrichtung eine Frequenzanalyse zwischen den Abtastzyklen beim Abtasten des Stroms und der Spannung des Brennstoffzellenstapels durchführen. So kann das Verfahren nicht nur eine Zeit verkürzen, die für die separate Frequenzanalyse nach Beendigung des Abtastens erforderlich ist, sondern auch einen separaten Stromeinspeisungskreis erübrigen.
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Zwar wurden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung offenbart, doch werden Fachleute anerkennen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne dabei vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie in den begleitenden Ansprüchen definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0180411 [0001]
- KR 10-2014-0085802 [0021]
