JP2019518318A - 等価回路に基づく燃料電池予測モデル - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (28)
- 第1の時間t1において、燃料電池(800)に励起信号(fn)を印加するステップ(S71)と、
前記第1の時間t1における前記励起信号fnの周波数のインピーダンスZn(fn、t1)を検出するステップと(S72)、
前記燃料電池の既定の等価回路の関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))を含む検出された前記インピーダンスZn(fn、t1)に関する関数Y(f)を決定するステップ(S73)であって、前記各関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))は、パラメータ化可能な少なくとも1つの等価回路構成要素(R、C)を含む、ステップ(S73)と、
前記第1の時間t1で検出された前記インピーダンスZn(fn、t1)に適合する決定された前記関数Y(f)に基づいて、前記少なくとも1つの関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))の前記少なくとも1つの等価回路構成要素(R、C)の少なくとも1つのパラメータR(t1)、C(t1)を決定するステップ(S74)と、
第2の時間t2において、前記燃料電池(800)に前記励起信号fnを印加するステップ(S76)と、
前記第2の時間t2における前記励起信号fnの周波数のインピーダンスZn(fn、t2)を検出するステップ(S77)と、
前記第2の時刻t2で検出された前記インピーダンスZn(fn、t2)に適合する決定された前記関数Y(f)に基づいて、前記少なくとも1つの関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))の前記少なくとも1つの等価回路構成要素(R、C)の前記少なくとも1つのパラメータR(t2)、C(t2)を決定するステップ(S78)と、
前記第1および第2の時間t1、t2に対して決定された前記少なくとも1つのパラメータに基づいて、前記少なくとも1つのパラメータR(t1、t2)、C(t1、t2)に対する時間依存性R(t)、C(t)を決定するステップ(S80)と、
前記燃料電池の前記等価回路の前記少なくとも1つの関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))に対する前記少なくとも1つのパラメータの前記時間依存性R(t)、C(t)に基づいて、前記等価回路の前記関数成分に対応する前記燃料電池の構成要素の劣化の少なくとも1つの兆候を検出するステップ(S81)と、
を備える、燃料電池の耐用年数を診断および/または予測する方法。 - 前記第1の時刻t1における前記インピーダンスZn(fn、t1)から前記第2の時刻t2における前記インピーダンスZn(fn、t2)への変化に基づいて劣化の兆候が検出される請求項1に記載の方法。
- 前記関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))が、前記少なくとも1つの等価回路構成要素(R、C)、またはそれらの複数の相互接続によって示される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))それぞれの劣化の兆候を判定するために、前記時間依存性R(t)、C(t)に基づいて、前記少なくとも1つの等価回路構成要素の前記少なくとも1つのパラメータに関する、少なくとも1つのオーバーシュートの閾値および/または少なくとも1つのアンダーシュートの閾値が計算される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 劣化の兆候を判定するために、前記等価回路構成要素の前記時間依存性R(t)、C(t)の傾きが決定される、および/または、最大値に関して監視される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記等価回路構成要素(R、C)の前記時間依存性の決定された前記傾きからの偏差が決定される、請求項5に記載の方法。
- 決定された前記傾きからの前記偏差が、前記燃料電池の修正された残りの動作時間を決定するために使用される、請求項5または6に記載の方法。
- 検出された前記インピーダンスZn(f)に基づいて前記関数Y(f)を決定するステップは、検出された前記インピーダンスZn(f)をグループ化するステップと、少なくとも1つの特性を備える等価回路構成要素を有する関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))をインピーダンス群Zn(f)の各グループに割り当てるステップとを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記関数Y(f)の前記関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))の前記少なくとも1つのパラメータが、前記第1の時間t1および/または前記第2の時間t2における検出された前記インピーダンスZn(fn、t1)に基づいて決定される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- パラメータ化可能な前記関数Y(f)が、検出された前記インピーダンスZn(fn)からデータ回帰法によって求められる、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 最小二乗法が適用される、請求項10に記載の方法。
- 前記関数Y(f)の前記少なくとも1つのパラメータが、既定値または、上限値および/もしくは下限値を有する既定値範囲に設定される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの等価回路構成要素のパラメータのアンダーシュートまたはオーバーシュートの閾値が、決定された前記時間依存性R(t)、C(t)に基づいて監視される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記等価回路構成要素の決定された前記時間依存性R(t)、C(t)に基づいて、前記等価回路構成要素の既定の抵抗値またはキャパシタンス値のオーバーシュートおよび/またはアンダーシュートの時間txが決定される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記等価回路の前記関数Y(f)が、少なくとも第1の電流密度(i1)及び第2の電流密度(i2)に関して決定される、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の電流密度(i1)及び前記第2の電流密度(i2)の関数Yn(fn、i1)、Yn(fn、i2)に基づいて、電流密度(i)に応じた前記燃料電池の関数Yn(fn、ix)が決定される、請求項15に記載の方法。
- 前記インピーダンスを決定するための測定が、既定の動作点(T、湿度、反応率)で実行される、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
- 異なる時間t1、t2における前記インピーダンスZn(f)に加えて、前記燃料電池に関する電流/電圧特性が検出される、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 異なる励起周波数fnが前記励起信号fnとして使用される、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- 異なる電流振幅が前記励起周波数fnとして使用される場合、前記インピーダンスは電圧振幅から決定されるか、または、
異なる電圧振幅が前記励起周波数として使用される場合、前記インピーダンスは電流振幅から決定される、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。 - 直列に接続された複数の単一セルからなる前記燃料電池の場合、1つの電流励起で前記燃料電池の前記単一セルの前記インピーダンスを検出することができる、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記燃料電池にストレスを与えないように、前記励起周波数の半波長振幅は、前記単一セルの活性領域に対して10mAs/cm2未満であるとともに、前記単一のセルに対して電圧振幅が10mV未満である、請求項1から21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記燃料電池にストレスを与えないように、前記励起周波数の半波長増幅が単一セルの活性領域に対して10mAs/cm2未満であって、結果として生じる高調波成分を評価することができるように、前記単一のセルに対する電圧振幅が10mVより大きい、請求項1から21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記励起信号fNは、
少なくとも2つの正弦波信号の組み合わせか、
少なくとも2つのベース周波数と非正弦波信号プロファイルの組み合わせか、または
少なくとも1つの正弦波信号と少なくとも1つの非正弦波信号との組み合わせか、
のいずれかの形式である、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。 - 前記励起周波数は、高い単一周波数振幅で可能な限り低く維持するために、互いに適切な倍数の周波数で、および/または、逆位相の周波数で加えられる、請求項23に記載の方法。
- 決定された前記関数Y(f、t)および測定された前記電流/電圧特性を用いて、前記燃料電池について電圧がアンダーシュートする時間が決定される、請求項1から25のいずれか一項に記載の方法。
- 決定された前記関数Y(f、t、i)と、測定またはモデル化された無負荷電圧と、決定された前記関数Y(f、t、i)および測定またはモデル化された前記無負荷電圧から計算された電流/電圧特性とを用いて、電圧がアンダーシュートする時間が決定される、請求項1から26のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも第1および第2の時間t1、t2において、少なくとも1つの励起信号fnを生成して燃料電池(800)に印加するための周波数発生器(810)と、
前記少なくとも第1および第2の時間t1、t2における前記励起信号fnの励起周波数におけるインピーダンスZn(fn、t1、t2)を検出する測定ユニット(820)と、
前記第1の時間t1で検出された前記インピーダンスZn(fn、t1)によって関数Y(f)を決定するためのデータ回帰モジュール(830)であって、
前記関数Y(f)は、前記燃料電池(800)の等価回路の関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))を含み、前記各関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))は、少なくとも1つの等価回路構成要素(R、C)を含み、前記各関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))および前記少なくとも1つの等価回路構成要素(R、C)の値はパラメータ化可能であり、前記第1および第2の時間t1、t2で検出された前記インピーダンスZn(fn、t1)およびZn(fn、t2)と適合するように決定された前記関数Y(f)に基づいて、前記少なくとも1つの関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))の前記少なくとも1つの等価回路構成要素(R,C)の少なくとも1つのパラメータR(t1)、C(t1)が決定される、データ回帰モジュール(830)と、
前記第1および第2の時間t1、t2について決定された前記パラメータに基づいて前記等価回路の前記少なくとも1つのパラメータ(R、C)の時間依存性R(t)、C(t)を決定するとともに、前記燃料電池の前記少なくとも1つの前記各関数成分(Y1(f)、Y2(f)、Y3(f)、Y4(f))の前記等価回路の前記少なくとも1つのパラメータの前記時間依存性R(t)、C(t)に基づいて前記燃料電池の構成要素の劣化の少なくとも1つの兆候を検出する評価ユニット(840)と、
を備える、燃料電池の耐用年数を診断および/または予測するための装置。
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