TWI821488B - 用於阻抗測試直流電源之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種方法，其包含：選擇一測試波形來自一第一直流(DC)轉換器注入至除一燃料電池之外的至少一第一DC電源；判定將回應於將該測試波形注入至該電池上而產生之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以自至少一第二DC轉換器注入至至少一第二DC電源以產生抵消該第一所得漣波之一或多個第二漣波；將該測試波形自該第一DC轉換器注入至該至少一第一DC電源；將該至少一偏移波形自該至少一第二DC轉換器注入至該至少一第二DC電源；及至少部分基於該第一DC電源之阻抗回應來判定該第一DC電源之一特性。

Description

用於阻抗測試直流電源之系統及方法
資訊技術(「IT」)負載通常部署於在大多數市場中現在平均每機架4 KW至6 KW之機架或機櫃中。技術隨著機架超過每機架40 KW而變得更密集且對高效能運算應用而言甚至更高。8 KW至35 KW之範圍內之應用隨著刀片、大容量儲存及網路由於行動性原因被整合而變得越來越流行。
雲端運算允許利用更多分佈式組態及更佳利用既有資料中心、公共雲端及依藉由允許雲端消費者之「一切即服務(Everything as a Service)」利用方式來允許(例如)企業或中小企業(「SMB」)市場之最佳操作之一方式產生之新私有雲端。「基礎設施即服務(Infrastructure as a Service)」模型較佳地與企業之要求同步化，因此，市場中需要構建將允許以最佳成本總體更快上市之此基礎設施之區塊。
根據本發明之一態樣，一種系統含有：一直流(「DC」)匯流排；除一燃料電池之外的一第一DC電源，其經由一第一輸入連接電連接至一第一DC轉換器，其中該第一DC轉換器經由一第一輸出連接連接至該DC匯流排；除一燃料電池之外的至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二DC轉換器，其中該至少一第二DC轉換器經由至少第二輸出連接連接至該DC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器並行連接至該DC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器。該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至除一燃料電池之外的該第一DC電源之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二DC轉換器至除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波抵消該第一所得漣波；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；及控制該至少一第二DC轉換器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上。
根據本發明之另一態樣，一種系統含有：一交流(「AC」)匯流排；一第一直流(「DC」)電源，其經由一第一輸入連接電連接至一第一反相器，其中該第一反相器經由一第一輸出連接連接至該AC匯流排；至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二反相器，其中該至少一第二反相器經由至少第二輸出連接連接至該AC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一反相器及該至少一第二反相器並行連接至該AC匯流排；及一處理器，其連接至該第一反相器及該至少一第二反相器。該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一反相器至該第一DC電源之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二反相器至該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波抵消該第一所得漣波；控制該第一反相器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；及控制該至少一第二反相器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上。
根據本發明之另一態樣，一種系統含有：一交流(「AC」)匯流排；一第一直流(「DC」)電源，其經由一第一DC電源輸入連接電連接至一第一DC轉換器；一第一反相器，其經由一第一DC轉換器輸出連接連接至該第一DC轉換器且經由一第一反相器輸出連接連接至該AC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器。該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至該第一反相器之該第一DC轉換器輸出連接上；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一DC轉換器輸出連接上；及自該反相器量測對該測試波形之一回應。
根據本發明之另一態樣，一種方法包含：選擇一測試波形來自一第一DC轉換器注入至除一燃料電池之外的至少一第一DC電源；判定將回應於將該測試波形注入至該電池上而產生之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以自至少一第二DC轉換器注入至至少一第二DC電源以產生抵消該第一所得漣波之一或多個第二漣波；將該測試波形自該第一DC轉換器注入至該至少一第一DC電源；將該至少一偏移波形自該至少一第二DC轉換器注入至該至少一第二DC電源；及至少部分基於該第一DC電源之阻抗回應來判定該第一DC電源之一特性。
根據本發明之另一態樣，一種系統包含：一直流(「DC」)匯流排；一電池，其經由一第一輸入連接電連接至一第一DC轉換器，其中該第一DC轉換器經由一第一輸出連接連接至該DC匯流排；至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二DC轉換器，其中該至少一第二DC轉換器經由至少一第二輸出連接連接至該DC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器並行連接至該DC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器。該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至該電池之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二DC轉換器至該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得若該電池係在充電，則將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波將抵消該第一所得漣波；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；控制該至少一第二DC轉換器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上；量測該第一DC轉換器輸出連接上之一輸出；及基於該量測輸出來判定該電池係在充電或放電。
根據本發明之另一態樣，一種方法包含：選擇一測試波形來自一第一DC轉換器注入至一電池；判定將回應於注入該測試波形而產生之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以自至少一第二DC轉換器注入至至少一第二DC電源，使得若該電池係在充電，則將提供將抵消該第一所得漣波之一或多個第二漣波；將該測試波形注入至該電池；將該至少一偏移波形注入至該至少一第二DC電源；判定是否已抵消該第一所得漣波；及基於判定是否已抵消該第一所得漣波之步驟來判定該電池係在充電或放電。
相關專利申請案之交叉參考 本申請案主張2018年12月27日申請之美國專利申請案第16/233,303號及2018年12月27日申請之美國專利申請案第16/233,323號之權利，該等案之全部內容以引用的方式併入本文中。
參考圖1，一例示性燃料電池系統100包含一DC負載102 (諸如一資訊技術(IT)負載(即，在可包含(若干)電腦、(若干)伺服器、(若干)數據機、(若干)路由器、(若干)機架、電源供應器連接及一資料中心環境中所見之其他組件之一或多者之一IT系統中操作之裝置))、一輸入/輸出模組(IOM) 104及一或多個電源模組106，如其全部內容以引用的方式併入本文中之美國申請案第13/937,312號中所描述。如圖1中所展示，DC負載102可包含連接至電網114之一或多個備用電源供應器102a。
IOM 104可包括一或多個電源調節組件104a，其輸入連接至一DC匯流排112a且其(若干)輸出經由一主AC匯流排112b連接至負載102且視情況經由含有一開關113S之輔AC匯流排113連接至電網114。一或多個電源調節組件104a可包含用於將DC電力轉換為AC電力之組件，諸如一DC/AC反相器104a (例如其全部內容以引用的方式併入本文中之美國專利第7,705,490號中所描述之一DC/AC反相器)、用於AC電力輸出至電網之電連接器、用於管理電暫態之電路、一系統控制器(例如一電腦或專用控制邏輯裝置或電路)等等。電源調節組件104a可經設計以將來自燃料電池模組之DC電力轉換為不同AC電壓及頻率。可提供用於208V、60Hz；480V、60Hz；415V、50Hz及其他常見電壓及頻率之設計。
各電源模組106機櫃經組態以收容一DC電源106a。DC電源106a可包含(例如)一電池。DC電源106a可代以或另外包含一光伏打電池、一超級電容器或一燃料電池。一適合DC電源之一實例係一組固體氧化物燃料電池(SOFC)。
例如，DC電源106a可為包含一或多個反應盒之一燃料電池DC電源。一反應盒含有一或多個堆疊或一或多行燃料電池(統稱為「分段」)，諸如具有由導電互連板分離之一陶瓷氧化物電解質之一或多個堆疊或一或多行固體氧化物燃料電池。亦可使用其他燃料電池類型，諸如聚合物電解質膜(「PEM」)、熔融碳酸鹽、磷酸等等。
燃料電池通常組合成稱為「堆疊」之單元，其中燃料電池串聯電連接且由導電互連件(諸如充當互連件之氣體分離器板)分離。一燃料電池堆疊可含有其端上之導電端板。一燃料電池堆疊泛指所謂之燃料電池分段或行，其可含有串聯連接之一或多個燃料電池堆疊(例如其中一堆疊之端板電連接至下一堆疊之一端板)。一燃料電池分段或行可含有自分段或行輸出直流電至一電源調節系統之電引線。一燃料電池系統可包含一或多個燃料電池行，其等之各者可含有一或多個燃料電池堆疊，諸如固體氧化物燃料電池堆疊。
燃料電池堆疊可向內部歧管供應燃料且向外部歧管供應空氣，其中僅燃料入口及排氣立管延伸穿過燃料電池層中及/或燃料電池之間的互連板中之開口，如美國專利第7,713,649號所描述，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中。燃料電池可具有一交叉流(其中空氣及燃料流在各燃料電池中之電解質之對置側上大致彼此垂直流動)、對流平行(其中空氣及燃料在各燃料電池中之電解質之對置側上大致彼此平行但在相反方向上流動)或協流平行(其中空氣及燃料在各燃料電池中之電解質之對置側上在相同方向上大致彼此平行流動)組態。
DC電源106a可藉由位於模組106中之一或多個DC/DC轉換器106b連接至一或多個DC匯流排112a，諸如一分流DC匯流排。DC/DC轉換器106b可位於燃料電池系統中之任何位置處，例如在IOM 104而非電源模組106中。
系統100亦可視情況包含一能量儲存模組108，其包含一儲存裝置108a，諸如一排超級電容器、電池、飛輪等等。儲存裝置108a亦可使用一或多個DC/DC轉換器108b連接至DC匯流排112a，如圖1中所展示。替代地，儲存裝置108a可位於電源模組106中及/或與IT負載102定位在一起。
圖2及圖5繪示美國專利第8,440,362號中所描述之一例示性模組化燃料電池系統，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中。
模組化系統可含有上文及名稱為「Modular Fuel Cell System」之美國專利第9,190,693號中所描述之模組及組件，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中。燃料電池系統殼體10之模組化設計提供靈活系統安裝及操作。模組允許標定安裝發電量、可靠發電、靈活燃料處理及組成一單一設計組之靈活電源輸出電壓及頻率。模組化設計導致具有非常高可用性及可靠性之一「常開」單元。此設計亦提供一容易擴大方式且滿足顧客之安裝之具體要求。模組化設計亦允許使用可用燃料及可隨顧客及/或地理區域變動之所需電壓及頻率。
燃料電池系統殼體10包含複數個電源模組外殼12 (含有一燃料電池電源模組組件70，其中外殼12及其組件70在圖1中共同標記為100)、一或多個燃料輸入(即，燃料處理)模組外殼16及一或多個電源調節(即，電輸出)模組外殼18 (其中外殼及其內容物在圖1中標記為104且指稱「IOM」)。例如，系統殼體可包含任何所要數目個模組，諸如2個至30個電源模組，例如6個至12個電源模組。圖2繪示含有位於一共同基座20上之6個電源模組(並排堆疊之一列6個模組)、1個燃料處理模組及1個電源調節模組之一系統殼體10。各模組自身可包括機櫃或外殼。替代地，如下文將更詳細描述，電源調節(即，IOM)及燃料處理模組可組合成位於一個機櫃或外殼14中之一單一輸入/輸出模組。為簡潔起見，各外殼12、14、16、18在下文將指稱「模組」。
儘管圖中展示一列電源模組12，但系統可包括一列以上模組12。例如，系統可包括背靠背堆疊之兩列電源模組。
各電源模組12經組態以收容一或多個反應盒13。各反應盒含有燃料電池之一或多個堆疊或行(為清楚起見，圖中未展示)，諸如具有由導電互連板分離之一陶瓷氧化物電解質之固體氧化物燃料電池之一或多個堆疊或行。亦可使用其他燃料電池類型，諸如PEM、熔融碳酸鹽、磷酸等等。
模組化燃料電池系統殼體10亦含有一或多個輸入或燃料處理模組16。此模組16包含一機櫃，其含有用於預處理燃料(諸如脫硫劑床)之組件。燃料處理模組16可經設計以處理不同類型之燃料。例如，一柴油燃料處理模組、一天然氣燃料處理模組及乙醇燃料處理模組可提供於相同或單獨機櫃中。適合於一特定燃料之一不同床組合物可提供於各模組中。(若干)處理模組16可處理選自以下各者之至少一燃料：自一管線提供之天然氣、壓縮天然氣、甲烷、丙烷、液化石油氣、汽油、柴油、家用取暖油、煤油、JP-5、JP-8、航空燃料、氫氣、氨氣、乙醇、甲醇、合成氣體、生物氣體、生物柴油及其他適合含烴或氫燃料。一轉化爐17可視期望定位於燃料處理模組16中。替代地，若期望將轉化爐17與(若干)燃料電池堆疊熱整合，則一單獨轉化爐17可位於一各自電源模組12中之各反應盒13中。另外，若使用內部轉化燃料電池，則可完全省略一外部轉化爐17。
模組化燃料電池系統殼體10亦含有一或多個電源調節模組18。電源調節模組18包含一機櫃，其含有用於將燃料電池堆疊產生之DC電力轉換為AC電力之組件(例如美國專利第7,705,490號中所描述之DC/DC及DC/AC轉換器，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中)、使AC電力輸出至電網之電連接器、用於管理電暫態之電路、一系統控制器(例如一電腦或專用控制邏輯裝置或電路)。電源調節模組18可經設計以將來自燃料電池模組之DC電力轉換為不同AC電壓及頻率。可提供用於208V、60Hz；480V、60Hz；415V、50Hz及其他常見電壓及頻率之設計。
燃料處理模組16及電源調節模組18可收容於一輸入/輸出機櫃14中。若提供一單一輸入/輸出機櫃14，則模組16及18可垂直(例如，電源調節模組18組件位於燃料處理模組16脫硫劑罐/床上方)或並排定位於機櫃14中。
如圖2中之一例示性實施例中所展示，給一輸入/輸出機櫃14提供一列6個電源模組12，電源模組12線性並排配置於輸入/輸出模組14之一側上。模組列可定位成(例如)鄰近於系統向其提供電力之一建築(例如其中模組之機櫃之背面面向建築牆壁)。儘管圖中展示一列電源模組12，但系統可包括一列以上模組12。例如，如上文所提及，系統可包括背靠背堆疊之兩列電源模組。
電源模組12之線性陣列易於縮放。例如，可取決於建築或由燃料電池系統10服務之其他設施之電力需求而提供更多或更少電源模組12。電源模組12及輸入/輸出模組14亦可依其他比率提供。例如，在其他例示性實施例中，可鄰近於輸入/輸出模組14提供更多或更少電源模組12。此外，支援功能可由一個以上輸入/輸出模組14提供(例如使用一單獨燃料處理模組16及電源調節模組18機櫃)。另外，儘管在一實施例中，輸入/輸出模組14位於電源模組列12之端處，但其亦可位於一列電源模組12之中心中。
模組化燃料電池系統殼體10可依易於服務系統之一方式組態。所有常規或高檢修組件(諸如易耗組件)可放置於一單一模組中以減少服務人員所需之時間量。例如，用於一天然氣燃料系統之脫硫劑材料可放置於一單一模組(例如一燃料處理模組16或一組合輸入/輸出模組14機櫃)中。此將為例行維修期間所接取之唯一模組機櫃。因此，可在無需打開其他模組機櫃且無需服務、修復或移除其他模組之情況下服務、修復或自系統移除各模組12、14、16及18。
例如，如上文所描述，殼體10可包含多個電源模組12。當至少一電源模組12下線(即，離線模組12中之反應盒13中之堆疊不產生電力)時，剩餘電源模組12、燃料處理模組16及電源調節模組18 (或組合輸入/輸出模組14)不下線。另外，燃料電池殼體10可含有各類型之模組12、14、16或18之一者以上。當一特定類型之至少一模組下線時，相同類型之剩餘模組不下線。
因此，在包括複數個模組之一系統中，模組12、14、16或18之各者可電斷接、自燃料電池殼體10移除及/或在不停止系統中之其他模組之一操作之情況下檢修或修復以允許燃料電池系統繼續發電。不必在一反應盒13中之一燃料電池堆疊出故障或下線檢修時關停整個燃料電池系統。
電源模組12及輸入/輸出模組14之各者包含一門30 (例如出入口、檢查口等等)以允許接取模組之內部組件(例如為了維修、修復、替換等等)。根據一實施例，模組12及14配置成僅在各機櫃之一個表面上具有門30之一線性陣列以允許彼此端部鄰接安裝一列連續系統。依此方式，可使用額外模組12或14及基座20來調整燃料電池殼體10之大小及容量，其中既有模組12及14及基座20僅需最低限度重新配置。模組14之門可視期望位於除機櫃之前面之外的側上。
門30可藉由一實質上垂直及接著實質上水平擺動(例如「鷗翼」式樣)打開。換言之，門30藉由向上移動且接著在一實質上水平方向上在殼體10之頂部上至少部分移動來打開。此實施例之術語「實質上垂直」及「實質上水平」包含0度至30度之一偏差，諸如分別與完全垂直及水平方向偏差0度至10度。
門30使用複數個獨立機械臂來安裝至模組12或14之殼體或機櫃10之壁上。在打開位置中，門30之上部分可位於殼體或機櫃10上且門之下部分可視情況使開口外伸至殼體10。在此組態中，門30在打開時對一使用者提供雨雪防護，因為門之下部分自燃料電池系統殼體10外伸。替代地，整個門30可在打開位置中位於殼體10上。
圖3係展示通過組件之各種流的模組12及反應盒31組件之一示意性程序流程圖表示，如美國專利第9,461,320號中所更詳細描述，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中。在圖3所繪示之組態中，可無燃料及空氣輸入至ATO 310。外部天然氣或另一外部燃料無法供給至ATO 310。相反地，來自(若干)燃料電池堆疊39之熱燃料(陽極)排氣流作為ATO燃料入口流部分再循環至ATO中。同樣地，無外部空氣輸入至ATO中。相反地，來自(若干)燃料電池堆疊39之熱空氣(陰極)排氣流作為ATO進氣口流提供至ATO中。
另外，燃料排氣流在位於反應盒31中之一分流器3107中分流。分流器3107位於陽極復熱器(例如燃料換熱器) 3137之燃料排氣出口與陽極冷卻器3100 (例如空氣預熱器換熱器)之燃料排氣入口之間。因此，燃料排氣流在進入陽極冷卻器3100之前在混合器3105與ATO 310之間分流。此允許將溫度比先前技術高之燃料排氣流提供至ATO中，因為燃料排氣流未與陽極冷卻器3100中之進氣口流換熱。例如，自分流器3107提供至ATO 310中之燃料排氣流可具有高於350℃之一溫度，諸如350℃至500℃，例如375℃至425℃，諸如390℃至410℃。另外，由於較少量燃料排氣提供至陽極冷卻器3100中(例如，歸因於分流器3107中分流陽極排氣，非100%之陽極排氣提供至陽極冷卻器中)，所以可減小陽極冷卻器3100之換熱面積。
反應盒31含有複數個燃料電池堆疊39，諸如一固體氧化物燃料電池堆疊(其中堆疊之一固體氧化物燃料電池含有一陶瓷電解質(諸如釔穩定氧化鋯(YSZ)或氧化鈧穩定氧化鋯(SSZ))、一陽極電極(諸如鎳-YSZ或Ni-SSZ金屬陶瓷)及一陰極電極(諸如錳酸鑭鍶(LSM))。堆疊39可在複數個行或分段中彼此上下配置。
反應盒31亦含有一蒸汽發生器3103。自一水源3104 (諸如一水箱或一水管(即，一連續供水系統)透過導管330a向蒸汽發生器3103供水，且蒸汽發生器3103將水轉換為蒸汽。蒸汽自發生器3103透過導管330B提供至混合器3105且與混合器3105中之堆疊陽極(燃料)再循環流混合。混合器3105可位於反應盒31之反應盒內部或外部。較佳地，濕潤陽極排氣流與混合器3105下游之燃料入口管路或導管329中之燃料入口流組合，如圖3中所示意性展示。替代地，燃料入口流亦可視期望直接提供至混合器3105中，或蒸汽可直接提供至燃料入口流中及/或陽極排氣流可直接提供至燃料入口流中且接著濕潤組合燃料流。
蒸汽發生器3103由熱ATO 310排氣流加熱，熱ATO 310排氣流在導管3119中藉由與蒸汽發生器3103之換熱關係來傳遞。
系統操作如下。將燃料入口流(諸如烴流，例如天然氣)提供至燃料入口導管329中且通過位於反應盒外部之一催化分壓氧化(CPOx)反應器3111。在系統起動期間，亦透過CPOx進氣口導管3113將空氣提供至CPOx反應器3111中以部分催化氧化燃料入口流。可由一CPOx鼓風機3114將空氣吹過進氣口導管3113而至CPOx反應器3111。CPOx鼓風機3114可僅在起動期間操作。在穩態系統操作期間，切斷氣流(例如藉由使CPOx鼓風機3114斷電)且CPOx反應器充當其中燃料未部分氧化之一燃料通道。因此，反應盒31可包括在起動模式及穩態模式兩者中透過CPOx反應器3111提供燃料之唯一燃料入口導管。因此，無需在穩態操作期間繞過CPOx反應器之一單獨燃料入口導管。
將燃料入口流提供至燃料換熱器(陽極復熱器)/預轉化爐3137，其中藉由與堆疊39陽極(燃料)排氣流換熱來升高燃料入口流之溫度。在換熱器3137之預轉化爐區段中預轉化燃料入口流且透過(若干)燃料入口導管321將經轉化燃料入口流(其包含氫氣、一氧化碳、水蒸汽及未經轉化甲烷)提供至堆疊39中。燃料入口流透過堆疊、透過堆疊39中之燃料入口立管向上行進且在發電期間在堆疊39中氧化。氧化燃料(即，陽極或燃料排氣流)沿堆疊39行進通過燃料排氣立管且接著自堆疊透過燃料排氣導管323a排放至燃料換熱器3137中。
在燃料換熱器3137中，陽極排氣流經由換熱加熱燃料入口流。接著，經由燃料排氣導管323b將陽極排氣流提供至一分流器3107中。陽極排氣流之一第一部分自分流器3107經由導管(例如狹縫) 3133提供至ATO 310中。
陽極排氣流之一第二部分自分流器3107再循環至陽極冷卻器3100中且接著再循環至燃料入口流中。例如，陽極排氣流之第二部分透過導管331再循環至陽極冷卻器(即，空氣預熱器換熱器)中，其中陽極排氣流預加熱來自導管333之進氣口流。接著，由陽極再循環鼓風機3123將陽極排氣流提供至混合器3105中。陽極排氣流藉由與自蒸汽發生器3103提供之蒸汽混合來在混合器3105中濕潤。接著，濕潤陽極排氣流自混合器3105經由濕潤陽極排氣流導管3121提供至燃料入口導管329中，在燃料入口導管329中，濕潤陽極排氣流與燃料入口流混合。
進氣口流由一主鼓風機3125自進氣口導管333提供至陽極冷卻器換熱器3100中。鼓風機3125可包括整個系統之單一氣流控制器，如上文所描述。在陽極冷卻器換熱器3100中，進氣口流由陽極排氣流經由換熱加熱。接著，經加熱進氣口流經由導管3314提供至空氣換熱器(陰極復熱器3200)中。經加熱進氣口流自換熱器3200經由進氣口導管及/或歧管325提供至(若干)堆疊39中。
空氣通過堆疊39而至陰極排氣導管324中且通過導管324及混合器3801而至ATO 310中。在ATO 310中，排氣流氧化來自導管3133之陽極排氣流之分流第一部分以產生一ATO排氣流。ATO排氣流透過ATO排氣導管327排放至空氣換熱器3200中。ATO排氣流經由換熱加熱空氣換熱器3200中之進氣口流。接著，ATO排氣流(其仍高於室溫)自空氣換熱器3200經由導管3119提供至蒸汽發生器3103。來自ATO排氣流之熱用於在蒸汽發生器3103中經由換熱將水轉換為蒸汽。接著，ATO排氣流自系統經由排氣導管335移除。因此，可藉由控制進氣口鼓風機輸出(即，電力或速度)來控制引入至系統中之空氣之量值(即，體積、壓力、速度等等)。陰極(空氣)及陽極(燃料)排氣流用作為各自ATO空氣及燃料入口流，因此無需一單獨ATO空氣及燃料入口控制器/鼓風機。另外，由於ATO排氣流用於加熱進氣口流，所以由鼓風機3125控制導管333中之單一進氣口流之速率可用於控制堆疊39及ATO 310之溫度。
因此，如上文所描述，使用一可變速度鼓風機3125及/或一控制閥來變動導管333中之主氣流以維持堆疊39溫度及/或ATO 310溫度。在此情況中，經由鼓風機3125或閥之主氣流速率控制充當一主系統溫度控制器。另外，可藉由變動燃料利用率(例如由(若干)堆疊39產生之電流與提供至(若干)堆疊39之燃料入口流量之比率)來控制ATO 310溫度。最後，導管331及117中之陽極再循環流可由一可變速度陽極再循環鼓風機3123及/或一控制閥控制以控制至ATO 310之陽極排氣與用於陽極再循環至混合器3105及燃料入口導管329中之陽極排氣之間的分流。
如圖4中所展示，場可替換電源模組組件(PMC) 70包含反應盒子系統13，諸如圖2中所展示之圓柱形反應盒13。反應盒13含有燃料電池堆疊及換熱器總成。PMC 70亦包含支撐包含鼓風機、閥及控制板等等(為清楚起見，圖中未展示)之核電廠配套設施(BOP)子系統之一框架71及支撐反應盒及框架之一可移除支撐件72，諸如叉式升降軌。支撐件72允許PMC 70作為一單一單元或總成自電源模組12機櫃移除。亦可使用其他組態。例如，反應盒13可具有除圓柱形之外的一形狀，諸如多邊形等等。支撐件72可包括一平台而非軌道。框架可具有一不同組態或其可被完全省略，且代以將BOP組件安裝至反應盒13及/或支撐件72上。PMC 70在尺寸上小於電源模組12中之開口(例如由門30關閉之開口)。另外，PMC 70可包含用於自PMC及模組12內排氣及/或通氣(諸如空氣)至外部環境之一或多個通氣孔81。PMC 70亦可包含一或多個通風機或鼓風機80，諸如可迫使氣體(諸如空氣及/或ATO排氣)自PMC 70排出(諸如自一或多個通氣孔81排出)之由一交流馬達驅動之一通風機。
為最大化燃料電池堆疊(諸如上文所討論之電源模組12內之燃料堆疊)之效率及/或壽命，必須維持適當操作條件。例如，若太多或太少燃料由燃料系統使用或若一燃料電池堆疊之個別燃料電池之溫度偏離一較佳溫度範圍，則會導致低效率操作。為維持適當操作條件，可期望連續監測及調整燃料電池系統、其支援設備(例如諸如鼓風機、泵、閥等等之支援設備)及連接至燃料電池系統之周邊裝置。
各種實施例之系統、方法及裝置能夠藉由將電化學裝置並行連接至一共同負載及/或匯流排之電力電子器件來對電化學裝置執行電化學阻抗譜法(「EIS」)(亦稱為AC阻抗譜法)。電化學裝置可包含燃料電池堆疊分段、電池組電池、電解電池、電化學抽運電池(例如氫分離器)或可由EIS監測之任何其他裝置。
EIS能夠藉由依變化取樣頻率量測跨一電化學裝置之一電壓或電流來判定電化學裝置之總阻抗。經選擇以達成變化取樣頻率之一測試波形(諸如具有約1 Hz之振盪之一波形)可藉由(例如)快速切換連接至電化學裝置之一線以負載及卸載電化學裝置來產生於線上以藉此將測試波形注入至電化學裝置中。測試波形可為一正弦波或經選擇以達成所要取樣頻率之其他類型波。電化學裝置之一電壓或電流及所得相角可依取樣頻率之各者判定且使用EIS來轉換為阻抗。
可使用一奈奎斯特(Nyquist)圖或波特(Bode)圖來以圖形表示EIS程序之結果(例如變化頻率處之阻抗)且可基於電化學裝置之阻抗回應來判定電化學裝置之特性。可藉由比較所量測之電化學裝置之阻抗回應與具有已知特性之電化學裝置之阻抗回應之已知特徵來識別所量測之裝置之特性。可至少部分基於阻抗回應來判定之電化學裝置之特性包含燃料條件(例如燃料利用率)、空氣條件(例如一空氣利用率)、觸媒條件(例如陽極觸媒塗層中之裂紋)及水條件(例如PEM燃料電池膜注水)。可基於電化學裝置之特性來調整電化學裝置之一設定。例如，可基於燃料利用率及/或水流率來調整提供至電化學裝置之燃料之進入燃料入口流之一燃料流量及/或水流量設定。另外，電化學裝置之判定特性可與一失效臨限值比較，且當特性超過失效臨限值時，可指示電化學裝置之一失效模式，諸如一燃料不足狀態、一觸媒中毒狀態或一注水狀態。
圖6係根據一實施例之一系統600之一方塊圖。系統600可包含四個電化學裝置602、604、606及608。例如，電化學裝置602、604、606及608可各為一電池或可構成電源模組106之一部分106a之燃料電池之一燃料電池堆疊分段。任何適合電池可用作為一電化學裝置，如本文所描述。實例包含鋰離子電池、鋁離子電池、鎳鎘電池、鎳鋅電池、鋅離子電池、聚合物基電池及鹼性電池。適合於一電力系統(特定言之，一不間斷電力系統或電力備用系統)之任何電池可用於本文所揭示之實施例中。
各電化學裝置602、604、606及608可經由一各自輸入連接640、642、644及646電連接至電力電子器件610、612、614及616之一各自者。各輸入連接640、642、644及646可包括一各自正輸入連接640a、642a、644a及646a及一各自負輸入連接640b、642b、644b及646b、在操作中，電化學裝置602、604、606及608可經由其各自輸入連接640、642、644及646將DC電壓輸出至其各自電力電子器件610、612、614及616。
電力電子器件610、612、614及616可為DC轉DC轉換器，例如380伏特23安培DC轉DC轉換器。電力電子器件610、612、614及616可各分別包含控制器630、632、634及636，其等各有線或無線連接至一中央控制器638。控制器630、632、634及636可包含經組態有處理器可執行指令以執行操作來控制其各自電力電子器件610、612、614及616之處理器，且控制器638可為經組態有處理器可執行指令以執行操作來與電力電子器件610、612、614及616交換資料及控制電力電子器件610、612、614及616之操作的一處理器。經由連接至電力電子器件610、612、614及616之控制器630、632、634、636與控制器638之間的連接A、B、C及D，控制器638可有效連接至電力電子器件610、612、614及616且控制電力電子器件610、612、614及616之操作。
電力電子器件610、612、614及616可藉由其各自輸出連接620、622、624及626並行連接至一DC匯流排618。在一實施例中，DC匯流排618可為包括一正線618a、一中性線618b及一負線618c之三相匯流排，且各自輸出連接620、622、624及626可包含各自正輸出連接620a、622a、624a及626a、各自中性輸出連接620b、622b、624b及626b及各自負輸出連接620c、622c、624c及626c。在操作中，電力電子器件610、612、614及616可經由其各自輸出連接620、622、624及626將DC電壓輸出至匯流排618。在一實施例中，電力電子器件610、612、614及616可為三相轉換器，其經組態以自其各自電化學裝置602、604、606及608接收正及負DC輸入且經由其各自正輸出連接620a、622a、624a及626a、各自中性輸出連接620b、622b、624b及626b及各自負輸出連接620c、622c、624c及626c將正DC輸出、負DC輸出及中性輸出輸出至匯流排618。在一替代實施例中，電力電子器件610、612、614及616可各包括雙二相轉換器。二相轉換器之第一者之正輸出可連接至匯流排618之正線618a且二相轉換器之第二者之負輸出可連接至匯流排618之負線618c。二相轉換器之第一者之負輸出及二相轉換器之第二者之正輸出可一起連接至匯流排618之中性線618b。
在一實施例中，電力電子器件610、612、614及616可各經組態以執行其各自電化學裝置602、604、606及608之EIS監測。控制器638可選擇一測試波形用於電化學裝置602、604、606或608之一者之EIS監測中，且可控制該電化學裝置602、604、606或608之該電力電子器件610、612、614或616將選定測試波形注入至各自輸入連接640、642、644或646上。例如，控制器638可將選定測試波形之一指示發送至電力電子器件610之控制器630以引起電力電子器件610處之一開關打開及閉合以經由連接至電化學裝置602之輸入連接640上之脈寬調變來產生選定測試波形。注入測試波形之電力電子器件610、612、614或616可經組態以監測其各自電化學裝置602、604、606或608之所得阻抗回應且可經由其各自控制器630、632、634或636將監測阻抗回應之一指示輸出至控制器638。繼續上述實例，電力電子器件610可監測至電化學裝置602之輸入連接640上之阻抗回應且控制器630可向控制器638指示電化學裝置602之阻抗回應。
控制器638可使用由一電化學裝置602、604、606、608之EIS監測判定之阻抗回應來判定該電化學裝置602、604、606、608之一特性且可基於判定特性來調整系統600之一設定。控制器638可比較由一電化學裝置602、604、606、608之EIS監測判定之阻抗回應(諸如阻抗回應及/或所儲存之阻抗值之一作圖)與與已知特性相關之類似電化學裝置之儲存於一記憶體中之阻抗回應(諸如阻抗回應及/或所儲存之阻抗值之儲存繪圖)。控制器638可依任何方式比較由一電化學裝置602、604、606、608之EIS監測判定之阻抗回應與所儲存之阻抗回應以識別由一電化學裝置602、604、606、608之EIS監測判定之阻抗回應與所儲存之阻抗回應之間的匹配。
當控制器638判定由一電化學裝置602、604、606、608之EIS監測判定之阻抗回應與一所儲存之阻抗回應之間匹配(例如相同或在某一預定方差值內)時，控制器638可將與所儲存之阻抗回應相關之特性判定為各自電化學裝置602、604、606、608之特性。
例如，控制器638可依一電池之頻率判定一阻抗方差。特定言之，較低頻率中之較高電池阻抗可預兆較低容量及/或較高內部電阻。控制器638亦可使用EIS來量測一電池之其他性質，包含其電量狀態(SoC)、健康狀態(SoH)、總電池壽命及電池包含故障或表現不佳電池時之診斷。
為存取電池之SoH，控制器638可在電池係新的或呈正常運轉狀態時比較由電池之EIS量測之阻抗行為與電池之一已知阻抗分佈。比較經由EIS所量測之阻抗行為與電池之已知阻抗分佈可揭露問題，諸如減少容量及窄電壓輸出窗、降級額定電流、增大內部阻抗(其可指示電池之進一步問題，諸如降級電連接、洩漏、電解質降級等等)。阻抗量測亦可藉由(例如)展示跨所有頻率之一相對較高阻抗來表明電池到達其循環壽命之末期。
當由一各自電力電子器件610、612、614或616將一測試波形注入一輸入連接640、642、644或646上以執行EIS監測時，各自輸出連接620、622、624或626上可發生一漣波。若不予處理，則由電力電子器件610、612、614或616執行EIS監測所致之漣波會引起DC匯流排618上之一非所要漣波。為防止DC匯流排618上之一漣波，來自執行EIS監測之電力電子器件610、612、614或616之漣波可偏移或由注入至DC匯流排618中之其他漣波抵消。在一實施例中，其他漣波可由未執行EIS監測之其他電力電子器件610、612、614或616之一或多者產生。
可藉由控制未執行EIS監測之其他電力電子器件610、612、614或616之一或多者將一偏移波形注入至其各自輸入連接640、642、644或646之其各自輸入連接中來產生來自未執行EIS監測之其他電力電子器件610、612、614或616之一或多者之漣波。一或若干偏移波形可由控制器638選擇，使得當在DC匯流排618處加總波形時，回應於注入一或若干偏移波形而產生之各自輸出連接620、622、624或626上之漣波抵消由電力電子器件610、612、614或616執行EIS監測引起之漣波。在另一實施例中，漣波可自除電力電子器件610、612、614或616之外的裝置注入至輸出連接620、622、624或626中以在DC匯流排618處加總波形時抵消由電力電子器件610、612、614及616執行EIS監測引起之漣波。例如，一波形產生器可連接至輸出連接620、622、624或626以回應於EIS監測而注入抵消漣波。
圖7A係繪示隨時間之一DC匯流排上之抵消漣波的一曲線圖。由一電力電子器件注入至一電化學裝置之一輸入連接上之一測試波形可導致自注入測試波形之電力電子器件朝向一DC匯流排發送之一漣波702。由另一電力電子器件注入至另一電化學裝置之一輸入連接上之一偏移波形可導致自注入偏移波形之該電力電子器件朝向DC匯流排發送之一漣波704。偏移波形可經選擇使得漣波704與漣波702異相180度。電力電子器件可並行連接至DC匯流排且漣波702及漣波704之總和可彼此抵消，使得波形之總和係DC匯流排上之所要DC電壓706。
圖7B係繪示使用一個以上偏移波形之隨時間之一DC匯流排上之抵消漣波的另一曲線圖。如上文所討論，由一電力電子器件注入至一電化學裝置之一輸入連接上之一測試波形可導致自注入測試波形之電力電子器件朝向一DC匯流排發送之一漣波702。
三個其他電力電子器件可用於產生注入至三個其他電化學裝置之輸入連接上之偏移波形。由第一其他電力電子器件注入至一第一其他電化學裝置之一輸入連接上之第一偏移波形可導致自注入偏移波形之該第一其他電力電子器件朝向DC匯流排發送之一漣波708。由第二其他電力電子器件注入至一第二其他電化學裝置之一輸入連接上之第二偏移波形可導致自注入偏移波形之該第二其他電力電子器件朝向DC匯流排發送之一漣波710。由第三其他電力電子器件注入至一第三其他電化學裝置之一輸入連接上之第三偏移波形可導致自注入偏移波形之該第三其他電力電子器件朝向DC匯流排發送之一漣波712。三個偏移波形可經選擇使得漣波708、710及712之總和可抵消漣波702，使得波形之總和係DC匯流排上之所要DC電壓706。儘管圖7A及圖7B中繪示為具有相同於漣波702之頻率之一個所產生之偏移漣波704或三個偏移漣波708、710、712，可產生具有不同波形、不同頻率、相位、振幅等等之更多或更少偏移漣波且使其朝向DC匯流排注入，只要任何偏移漣波之總和加上自注入測試波形之電力電子器件朝向DC匯流排發送之漣波702導致不具有漣波之DC匯流排上之所要DC電壓706。
圖8繪示使用系統600來抵消由一測試波形引起之至一DC匯流排之漣波之一實施例方法800。在一實施例中，方法800之操作可由一控制器(諸如控制器638)執行。從電池、燃料電池堆疊分段及DC轉換器方面討論方法800之操作，但電池、燃料電池堆疊分段及轉換器僅用作為實例。其他電化學裝置及/或其他電力電子器件可用於方法800之各種操作中。
在區塊802中，控制器638可自複數個電化學裝置選擇一電化學裝置(諸如一電池)用於阻抗測試。例如，可基於管控可何時及依何種順序測試電化學裝置之一測試協定來選擇電化學裝置。在區塊804中，控制器638可選擇一測試波形。測試波形可經選擇以產生EIS監測所需之振盪，諸如約1 Hz之振盪。
在區塊806中，控制器638可判定由選定測試波形引起之一所得漣波。如上文所討論，所得漣波可為自注入測試波形之DC轉換器輸出至DC匯流排之漣波。在區塊808中，控制器638可識別剩餘電化學裝置。剩餘電化學裝置可包含電池、燃料電池堆疊分段、超級電容器等等。替代地，可識別其他剩餘DC電源，諸如光伏打電池或熱電式發電機。剩餘電化學裝置可為未被選擇用於阻抗測試之電化學裝置。在區塊809中，控制器638可選擇經識別之剩餘DC電源之一部分。在一實施例中，選定部分可為所有經識別之剩餘電池及燃料電池堆疊分段。在另一實施例中，選定部分可少於所有經識別之剩餘電池及燃料電池堆疊分段，諸如僅一單一經識別之剩餘燃料電池堆疊分段。
在區塊810中，控制器638可判定各選定剩餘燃料電池堆疊分段之一偏移波形，使得由各選定剩餘電化學裝置之各自判定偏移波形引起之各所得漣波之一總和抵消由選定測試波形引起之判定所得漣波。在一實施例中，各偏移波形可經產生使得所得漣波相同，諸如一起抵消來自測試波形之漣波之一個、兩個、三個或更多個相等漣波。在另一實施例中，各偏移波形可經產生使得所得漣波不同，諸如一起抵消來自測試波形之漣波之兩個、三個或更多個不同漣波。
在區塊812中，控制器638可控制經選擇用於阻抗測試之電化學裝置之DC轉換器將測試波形注入至選定電化學裝置中。例如，控制器638可將控制信號發送至DC轉換器之一控制器(例如630、632、634或636)以引起轉換器執行脈寬調變以在至電化學裝置之一輸入連接上產生測試波形。在區塊814中，控制器638可控制各選定剩餘電化學裝置之DC轉換器將各選定剩餘電化學裝置之偏移波形注入至每個各自電化學裝置中。例如，控制器638可將控制信號發送至DC轉換器之控制器(例如630、632、634及/或636)以引起轉換器執行脈寬調變以在至其各自電化學裝置之一輸入連接上產生偏移波形。區塊812及814中所執行之方法800之操作可同時發生，使得測試波形及偏移波形同時注入以導致自各種DC轉換器輸出彼此抵消之漣波以導致DC匯流排上之所要DC電壓。
在區塊816中，控制器638可控制經選擇用於阻抗測試之DC電源之DC轉換器回應於所注入之測試波形而監測DC電源之阻抗回應。
在區塊818中，控制器638可至少部分基於阻抗回應來判定經選擇用於阻抗測試之電化學裝置之一特性。如上文所討論，控制器可使用EIS監測來繪製源自注入測試波形之量測阻抗之實部及虛部且比較所繪製之阻抗與具有已知特性之電化學裝置之阻抗回應之已知特徵。具有已知特性之電化學裝置之阻抗回應之已知特徵可儲存於可用於控制器之一記憶體中。具有已知特性之電化學裝置之阻抗回應之所儲存之已知特徵可為源自測試良好(即，未受損/未降級)電化學裝置及具有各種形式之損壞(例如燃料電池之陽極裂紋)及/或降級(例如一燃料電池之電解質降級)之受損/降級電化學裝置之良好燃料電化學裝置及受損/降級電化學裝置之量測阻抗之實部及虛部之作圖。已知特性可與儲存於記憶體中之量測阻抗之實部及虛部之作圖相關。可藉由匹配量測阻抗與阻抗回應之已知特徵來將電化學裝置之當前特性或狀態判定為與阻抗回應之匹配已知特徵相關之特性。
在選用區塊820中，控制器638可基於判定特性超過一失效臨限值來指示一失效模式。例如，若判定特性超過一失效臨限值，則可指示一失效模式。例如，針對一燃料電池，一失效模式可為一燃料不足狀態、觸媒損壞及/或中毒狀態或一注水。在選用區塊822中，控制器638可基於判定特性來調整電化學裝置系統之一設定。例如，控制器638可基於判定特性來調整(例如增大或減小)自電化學裝置汲取之電流或切斷電化學裝置。依此方式，阻抗測試(諸如EIS監測)可用於一燃料電池系統中以基於電化學裝置之當前特性來調整電化學裝置系統之操作。
圖9A係根據一實施例之上文參考圖6所描述之系統600之一方塊圖，其繪示注入波形902、906、910及914及所得抵消漣波904、908、912及916。應注意，圖9A假定若任何DC電源602至608係電池，則電池呈一放電狀態而非一充電狀態。下文將在圖9C及圖9D之背景中處理其中一電化學裝置係在充電之情況。
一測試波形902可注入至輸入連接640中以導致至DC匯流排618之輸出連接620上之一測試漣波904a。一偏移波形906可注入至輸入連接642中以導致至DC匯流排618之輸出連接622上之一偏移漣波908。一偏移波形910可注入至輸入連接644中以導致至DC匯流排618之輸出連接624上之一偏移漣波912。一偏移波形914可注入至輸入連接646中以導致至DC匯流排618之輸出連接626上之一偏移漣波916。漣波904、908、912及916之總和可使得無一漣波之穩定DC電壓918a發生於DC匯流排618上，儘管AC漣波發生於輸出連接620、622、624及626上。儘管漣波904、908、912及916之總和可使得無一漣波之穩定DC電壓918a產生於DC匯流排618上，但偏移波形906、910及914及測試波形902之總和無需等於零。偏移漣波908、912及916可全部相同或可不同。例如，偏移漣波908可為大於偏移漣波912及916之一漣波。另外，無論偏移漣波908、912及916相同或不同，偏移波形906、910及914可不相同。儘管圖中繪示三個偏移波形906、910及914及其所得偏移漣波908、912及916，但可產生更少偏移波形及偏移漣波(諸如僅兩個偏移波形及所得偏移漣波或僅一個偏移波形及一個所得偏移漣波)來偏移測試漣波904a。替代地，DC電源602、604、606及608亦可包括非電化學DC電源，諸如太陽能電池或熱電裝置。各DC電源602至608具有將一波形注入至各自DC電源602至608中之一單獨、各自、專用電力電子裝置610至616。
在一實施例中，除一基於燃料電池之電源之外的各DC電源含有將一測試波形或一偏移波形注入至DC電源中之一專用、單獨、各自DC/DC轉換器。在此實施例中，DC電源可為一電池、超級電容器、光伏打電池或熱電裝置。測試波形引起來自發送測試波形之DC/DC轉換器之輸出連接上之一測試漣波。(若干)偏移波形引起來自發送(若干)偏移波形之(若干) DC/DC轉換器之輸出連接上之一偏移或補充漣波。偏移漣波偏移及抵消測試漣波，而(若干)補充漣波疊加於測試漣波上且增大測試漣波之振幅，如下文將更詳細描述。
在一替代實施例中，偏移漣波908、912及/或916可由連接至輸出連接622、624及626且由控制器638控制之其他裝置(諸如波形產生器)而非電力電子器件612、614及/或616產生。偏移漣波908、912及/或916可由其他裝置產生，使得漣波904a、908、912及916之總和可為DC匯流排618上無一漣波之穩定DC電壓918a。另外，由電力電子器件612、614及/或616及其他裝置(諸如額外波形產生器)產生之漣波之組合可用於抵消漣波904a以導致DC匯流排618上無一漣波之穩定DC電壓918a。
圖9B係繪示在DC電源(諸如一電化學裝置602)處於放電或發電模式中時使用圖9A中所展示之波形之隨時間之一DC匯流排上之抵消漣波的一曲線圖。如上文所討論，測試波形902由電力電子器件(例如DC/DC轉換器) 610注入至DC電源602之一輸入連接640a上以導致朝向DC匯流排618之測試漣波904a。
三個其他電力電子器件(例如DC/DC轉換器) 612、614及616分別產生注入至三個其他DC電源(諸如電化學裝置604、606及608)之輸入連接942a、644a及646a上之偏移波形906、910及914。第一偏移波形906可導致朝向DC匯流排發送之一漣波908。第二偏移波形910及第三偏移波形914可分別導致朝向DC匯流排618發送之漣波912及916。三個偏移波形906、910及914可經選擇使得漣波908、912及916之總和可抵消漣波904a，使得波形之總和係DC匯流排上無漣波之所要DC電壓918a。
圖9C展示EIS用於偵測一電池之一充電狀態時之系統600。更具體而言，在圖9C中，DC電源602係一電化學能量儲存裝置，諸如可呈一充電狀態或一放電狀態之一電池。當電化學能量儲存裝置602呈充電狀態時，電流自DC/DC轉換器610沿方向950a經由輸入連接640a流動至電化學裝置602。相反地，當電化學能量儲存裝置602呈放電狀態時，電流在相反方向950b上流動。如上文所討論，圖9A及圖9B展示電化學能量儲存裝置602呈放電狀態時之結果。
電化學能量儲存裝置602呈充電狀態時之系統600之運轉描述類似於電化學能量儲存裝置602呈放電狀態時之情形(即，圖9A之背景中之描述)。因此，僅描述差異。具體而言，與藉由在放電時將相同測試波形施加於602所產生之漣波904a (圖9A)相比，藉由在呈充電狀態時將測試波形902提供至電化學能量儲存裝置602所產生之圖9C中所展示之漣波904b係在相反方向上(即，異相180度)。
儘管電化學能量儲存裝置602處於充電模式中，但控制器638控制電化學裝置604、606及608產生補償漣波908、912及916來抵消在電化學能量儲存裝置602處於充電模式中時基於測試信號902所產生之一漣波904b。因此，如圖9C中所展示，充電模式中之補償漣波908、912及916相同於放電模式(圖9A)中之偏移補償漣波908、912及916。當電化學能量儲存裝置602處於充電模式中時，此等補償漣波908、912及916無法抵消漣波904b。因此，偵測到DC匯流排618上之一(未抵消)電壓漣波918b可用作為電化學能量儲存裝置602處於充電模式中之一指示。圖9D更詳細闡釋一未抵消電壓漣波918b可如何指示受測試電化學能量儲存裝置602中之充電模式。
圖9D係繪示在電化學能量儲存裝置602處於充電模式中時使用圖9C中所展示之波形之隨時間之一DC匯流排上之未抵消漣波的一曲線圖。如上文所討論，測試波形902由電力電子器件610注入至電化學能量儲存裝置602之一輸入連接640a上。此導致朝向DC匯流排618之漣波904b。
三個其他電力電子器件612、614及616分別產生注入至三個其他電化學裝置604、606及608 (例如燃料電池分段或其他電池)之輸入連接642a、644a及646a上之偏移波形906、910及914。第一偏移波形906可導致朝向DC匯流排發送之一漣波908。第二偏移波形910及第三偏移波形914可分別導致朝向DC匯流排618發送之漣波912及916。此等三個偏移波形906、910及914可經選擇使得當電化學能量儲存裝置602處於放電模式中時，漣波908、912及916之總和將抵消由測試波形902產生之漣波。然而，當電化學能量儲存裝置602處於充電模式中時，此等補償漣波908、912及916不會抵消漣波904b。相反地，當漣波同相(如圖9D中所展示)時，補償漣波908、912及916將添加至漣波904b (即，疊加於漣波904b上)以導致DC匯流排上之DC電壓漣波918b之振幅增大。DC匯流排上之DC電壓漣波918b之增大振幅可被視為受測試電化學能量儲存裝置602在一充電模式中操作之一指示。
圖9E比較電化學能量儲存裝置602係在放電時之DC匯流排上之電壓漣波918a與其中電化學能量儲存裝置602係在充電之電壓漣波918b。如圖9E中所展示，漣波918b之存在易於與輸出電壓918a區分，輸出電壓918a缺少一漣波且發生於補償漣波908、912及916抵消電化學能量儲存裝置602處於充電模式中時所產生之一漣波904a時。因此，DC匯流排618處之漣波之存在可用作為區分受測試電化學能量儲存裝置602係在充電或放電時之狀態的一方式。
圖10係根據一實施例之一系統1000之一方塊圖。圖10展示包含兩個DC電源(諸如電化學裝置602及604)作為「n」個DC電源之一陣列之部分的系統1000。在以下僅供說明之描述中，僅討論兩個DC電源602及604。然而，應瞭解，系統1000可包含任何適合數目個DC電源(例如四個電化學裝置602、604、606及608及/或其他DC電源，例如圖6中所展示之太陽能電池或熱電裝置)。應進一步瞭解，由兩個DC電源產生之下文將討論之各種輸出漣波可根據DC電源之數目變動。
如同系統600，系統1000中之DC電源602、604...n可各為一電池、超級電容器、燃料電池之一燃料電池堆疊分段、光伏打電池或可構成電源模組106之一部分106a之熱電裝置。然而，系統1000對各DC電源602、604...n提供單獨專用反相器1010及1012。另外，DC匯流排618由AC匯流排1018替換。在此實施例中，DC/DC轉換器610及612可省略或存在。
系統1000中之DC電源602及604可經由一各自輸入連接640及642電連接至反相器1010及1012之一各自者。各輸入連接640及642可包括一各自正輸入連接640a及642a及一各自負輸入連接640b及642b。在操作中，DC電源602及604可經由其各自輸入連接640及642將DC電壓輸出至其各自反相器1010及1012。接著，反相器1010及1012可將DC輸出電壓轉換為AC輸出且將AC輸出提供至AC匯流排1018。
反相器1010及1012可各包含有線或無線連接至中央控制器1038之控制器1030及1032。控制器1030及1032可包含經組態有處理器可執行指令以執行操作來控制其各自反相器1010及1012之處理器，且控制器1038可為一處理器，其經組態有處理器可執行指令以執行操作來經由其各自控制器1030及1032與反相器1010及1012交換資料及控制反相器1010及1012之操作。經由連接至反相器1010及1012之控制器1030及1032與控制器1038之間的連接A及B，控制器1038可有效連接至反相器1010及1012且控制反相器1010及1012之操作。反相器1010及1012可藉由其各自輸出連接620及622 (例如AC匯流排)並行連接至AC匯流排1018。
在一實施例中，AC匯流排1018可為包括一正線1018a、一中性線1018b及一負線1018c之三相匯流排，且各自輸出連接620及622可包含各自正輸出連接620a及622a、各自中性輸出連接620b及622b及各自負輸出連接620c及622c。替代地，AC匯流排1018可為單相、二相或四相匯流排。在一實施例中，反相器1010及1012可為三相反相器，其經組態以自其各自DC電源602及604接收正及負DC輸入且經由其各自正輸出連接620a及622a、各自中性輸出連接620b及622b及各自負輸出連接620c及622c將正AC、負AC及中性輸出輸出至匯流排1018。在一替代實施例中，反相器1010及1012可各包括雙二相反相器。二相反相器之第一者之正輸出可連接至匯流排1018之正線1018a且二相轉換器之第二者之負輸出可連接至匯流排1018之負線1018c。二相反相器之第一者之負輸出及二相反相器之第二者之正輸出可一起連接至匯流排1018之中性線1018b。
在一實施例中，反相器1010及1012可各經組態以執行其各自DC電源602及604之EIS監測。控制器1038可選擇一測試波形用於電化學裝置602及604之一者之EIS監測中，且可控制該DC電源602及604之各自反相器1010及1012將選定測試波形注入至各自輸入連接640及642上。例如，控制器1038可將選定測試波形之一指示發送至反相器1010之控制器1030以經由連接至DC電源602之輸入連接640上之脈寬調變來產生選定測試波形1002。反相器1012將偏移波形1006發送至DC電源604。注入測試波形之反相器1010及1012可經組態以監測其各自DC電源602及604之所得阻抗回應，且可經由其各自控制器1030及1032將監測阻抗回應之一指示輸出至控制器1038。繼續上述實例，反相器1010可監測至DC電源602之輸入連接640上之阻抗回應且控制器1030可向控制器1038指示DC電源602之阻抗回應。
控制器1038可使用由一DC電源602或604之EIS監測判定之阻抗回應來判定該DC電源602或604之一特性且可基於判定特性來調整系統1000之一設定。控制器1038可比較由一DC電源602或604之EIS監測判定之阻抗回應(諸如阻抗回應及/或所儲存之阻抗值之一作圖)與與已知特性相關之類似電化學裝置之儲存於一記憶體中之阻抗回應(諸如阻抗回應及/或所儲存之阻抗值之儲存作圖)。控制器1038可依任何方式比較由一DC電源602或604之EIS監測判定之阻抗回應與所儲存之阻抗回應以識別由一DC電源602或604之EIS監測判定之阻抗回應與所儲存之阻抗回應之間的匹配。
當控制器1038判定由一DC電源602或604之EIS監測判定之阻抗回應與一所儲存之阻抗回應之間匹配(例如相同或在某一預定方差值內)時，控制器1038可將與所儲存之阻抗回應相關之特性判定為各自DC電源602或604之特性。上文在圖6之背景中概述若干實例。
當由一各自反相器1010或1012將一測試波形注入至一輸入連接640或642上以執行EIS監測時，可在各自輸出連接620或622上發生一漣波。若不予處理，則由電力電子器件1010或1012執行EIS監測所致之漣波會引起AC匯流排1018上之一非所要漣波。為防止AC匯流排1018上之一漣波，來自執行EIS監測之反相器1010或1012之漣波可偏移或由注入至AC匯流排1018中之其他漣波抵消。在一實施例中，其他漣波可由未執行EIS監測之反相器1010或1012產生。可藉由控制未執行EIS監測之反相器1010或1012將一偏移波形注入至其各自輸入連接640或642之其各自輸入連接中來產生來自未執行EIS監測之其他反相器1010或1012之一或多者之漣波。一或若干偏移波形可由控制器1038選擇，使得當在AC匯流排1018處加總波形時，回應於注入一或若干偏移波形而產生之各自輸出連接620或622上之漣波抵消由執行EIS監測之反相器1010或1012引起之漣波。在另一實施例中，漣波可自除反相器1010或1012之外的裝置注入至輸出連接620或622中以在AC匯流排1018處加總波形時抵消由執行EIS監測之反相器1010或1012引起之漣波。例如，一波形產生器可連接至輸出連接620或622以回應於EIS監測而注入抵消漣波。
圖10展示可注入至輸入連接640中以導致至AC匯流排1018之輸出連接620上之一漣波1004的一例示性測試波形1002。一偏移波形1006可由未執行EIS監測之反相器1012注入至輸入連接642中以導致至AC匯流排1018之輸出連接622上之一偏移漣波1008。漣波1004及1008之總和可使得無一漣波之一AC電壓1020發生於AC匯流排1018上，儘管AC漣波1004及1008分別發生於輸出連接620及622上。
儘管圖10展示提供一單一偏移(即，補償)漣波1008以引起無一漣波之一淨AC電壓1020之反相器1012，但應瞭解，系統1000中之反相器之任何組合可用於補償漣波1004。例如，若系統1000具有總計四個DC電源(例如類似於圖9A中所展示之系統600)，則四個反相器之三者可用於補償漣波1004。使用系統中之反相器之任何其他適合組合來產生偏移漣波係在實施例之範疇內。
圖11繪示使用系統1000來抵消由一測試波形引起之至一AC匯流排之漣波之一實施例方法1100。在一實施例中，方法1100之操作可由一控制器(諸如控制器1038)執行。
在區塊1102中，控制器1038可自複數個DC電源選擇裝置DC電源(諸如一電池或燃料電池分段)用於阻抗測試。例如，可基於管控可何時及依何種順序測試DC電源之一測試協定來選擇DC電源。在區塊1104中，控制器1038可選擇一測試波形。可選擇測試波形來產生EIS監測所需之振盪，諸如約1 Hz之振盪。
在區塊1106中，控制器1038可判定由選定測試波形引起之一所得漣波。如上文所討論，所得漣波可為自注入測試波形之反相器輸出至AC匯流排之漣波。在區塊1108中，控制器1038可識別剩餘DC電源。剩餘DC電源可包含電池、燃料電池堆疊分段、光伏打電池、熱電式發電機等等。剩餘DC電源可為未經選擇用於阻抗測試之DC電源。在區塊1109中，控制器1038可選擇經識別之剩餘電化學裝置之一部分。在一實施例中，選定部分可為所有經識別之剩餘DC電源。在另一實施例中，選定部分可少於所有經識別之剩餘DC電源，諸如僅一單一經識別之剩餘DC電源。
在區塊1110中，控制器1038可判定各選定剩餘DC電源之一偏移波形，使得由各選定剩餘DC電源之各自判定偏移波形引起之各所得漣波之一總和抵消由選定測試波形引起之判定所得漣波。在一實施例中，各偏移波形可經產生使得所得漣波相同，諸如一起抵消來自測試波形之漣波之一個、兩個、三個或更多個相等漣波。在另一實施例中，各偏移波形可經產生使得所得漣波不同，諸如一起抵消來自測試波形之漣波之兩個、三個或更多個不同漣波。
在區塊1112中，控制器1038可控制經選擇用於阻抗測試之DC電源之反相器將測試波形注入至選定DC電源中。例如，控制器1038可將控制信號發送至反相器之一控制器(例如1030)以引起反相器執行脈寬調變以在至其各自DC電源602之一輸入連接上產生測試波形。在區塊1114中，控制器1038可控制各選定剩餘DC電源604之反相器將偏移波形(例如1006)注入至每個各自剩餘DC電源604中。例如，控制器1038可將控制信號發送至反相器之控制器(例如1030或1032)以引起反相器1010、1012執行脈寬調變以在至其各自DC電源之一輸入連接上產生偏移波形。區塊1112及1114中所執行之方法1100之操作可同時發生，使得測試波形1002及偏移波形1006同時注入以導致自各種反相器輸出彼此抵消之漣波1004、1008以導致AC匯流排1018上之所要AC電壓1020。
在區塊1118中，控制器1038可至少部分基於阻抗回應來判定經選擇用於阻抗測試之DC電源602之一特性。如上文所討論，控制器可使用EIS監測來繪製源自注入測試波形之量測阻抗之實部及虛部且比較所繪製之阻抗與具有已知特性之電化學裝置之阻抗回應之已知特徵。具有已知特性之電化學裝置之阻抗回應之已知特徵可儲存於可用於控制器之一記憶體中。具有已知特性之DC電源之阻抗回應之所儲存之已知特徵可為源自測試良好(即，未受損/未降級)及具有各種形式之損壞(例如燃料電池系統之陽極裂紋)及/或降級(例如燃料電池系統之電解質降級)之受損/降級DC電源之良好DC電源及受損/降級DC電源之量測阻抗之實部及虛部之作圖。已知特性可與儲存於記憶體中之量測阻抗之實部及虛部之作圖相關。可藉由匹配量測阻抗與阻抗回應之已知特徵來將DC電源之當前特性或狀態判定為與阻抗回應之匹配已知特徵相關之特性。
在選用區塊1120中，控制器1038可基於判定特性超過可指示一失效模式之DC電源之一失效臨限值來指示一失效模式。在選用區塊1122中，控制器1038可基於判定特性來調整DC電源系統之一設定。例如，控制器1038可基於判定特性來調整(例如增大或減小)自DC電源汲取之電流或切斷DC電源。依此方式，阻抗測試(諸如EIS監測)可用於使用各DC電源之專用反相器基於DC電源之當前特性來調整DC電源系統之操作。
圖12係根據一實施例之一系統1200之一方塊圖。圖12展示包含兩個DC電源(諸如電化學裝置602及604)作為「n」個DC電源之一陣列之部分的系統1200。在以下僅供說明之描述中，僅討論DC電源602及604。然而，應瞭解，系統1200可包含任何適合數目個DC電源(例如圖6中所展示之四個DC電源602、604、606及608)。應進一步瞭解，由電裝置(例如DC/DC轉換器)產生之下文將討論之各種輸出漣波可根據DC電源之數目變動。
系統1200中之DC電源602及604可經由一各自輸入連接640及642電連接至DC/DC轉換器1210及1212之一各自者。各輸入連接640及642可包括一各自正輸入連接640a及642a及一各自負輸入連接640b及642b。在操作中，DC電源602及604可經由其各自輸入連接640及642將DC電壓輸出至其各自DC/DC轉換器1210及1212。DC/DC轉換器1210及1212可經由連接1240及1242連接至反相器1214及1216。各連接1240及1242可包括一各自正輸入連接1240a及1242a及一各自負輸入連接1240b及1242b。在操作中，DC/DC轉換器1210及1212可經由其各自連接1240及1242將DC電壓輸出至其各自反相器1214及1216。
應注意，儘管圖12展示個別連接至不同反相器1214及1216之各DC/DC轉換器1210及1212，但應瞭解，此組態僅供例示。其他組態係在實施例之範疇內。例如，系統1200可僅包含一單一反相器1214且各DC/DC轉換器連接至單一反相器1214。可為諸多其他適合組態，其包含(例如)其中DC/DC轉換器群組共用相同反相器之一組態。
反相器1214及1216可藉由其各自輸出連接1220及1222並行連接至AC匯流排1218。在一實施例中，AC匯流排1218可為包括一正線1218a、一中性線1218b及一負線1218c之三相匯流排，且各自輸出連接1220及1222可包含各自正輸出連接1220a及1222a、各自中性輸出連接1220b及1222b及各自負輸出連接1220c及1222c。在一實施例中，反相器1214及1216可為三相反相器，其經組態以自其各自DC/DC轉換器1210及1212接收正及負DC輸入且經由其各自正輸出連接1220a及1222a、各自中性輸出連接1220b及1222b及各自負輸出連接1220c及1222c將正AC、負AC及中性輸出輸出至匯流排1218。在一替代實施例中，反相器1214及1216可各包括雙二相反相器。二相轉換器之第一者之正輸出可連接至匯流排1218之正線1218a且二相轉換器之第二者之負輸出可連接至匯流排1218之負線1218c。二相反相器之第一者之負輸出及二相反相器之第二者之正輸出可一起連接至匯流排1218之中性線1218b。亦可使用單相或多相反相器。
DC/DC轉換器1210及1212可各包含控制器1230及1232，各控制器有線或無線連接至中央控制器1238。類似地，反相器1214及1216可各包含亦有線或無線連接至中央控制器1238之控制器1234及1236。控制器1230、1232、1234及1236可包含經組態有處理器可執行指令以執行操作來控制其各自DC/DC轉換器1210及1212及反相器1214及1216之處理器，且控制器1238可為一處理器，其經組態有處理器可執行指令以執行操作來經由其各自控制器1230、1232、1234及1236與DC/DC轉換器1210及1212及反相器1214及1216交換資料及控制DC/DC轉換器1210及1212及反相器1214及1216之操作。經由連接至DC/DC轉換器1210及1212之控制器1230及1232與控制器1238之間的連接A及B，控制器1238可有效連接至DC/DC轉換器1210及1212且控制DC/DC轉換器1210及1212之操作。類似地，經由連接至反相器1214及1216之控制器1234及1236與控制器1238之間的連接C及D，控制器1238可有效連接至反相器1214及1216且控制反相器1214及1216之操作。
在一實施例中，DC/DC轉換器1210及1212可各經組態以執行其各自反相器1214及1216之EIS監測。特定言之，DC/DC轉換器1210及1212可使用EIS來執行分別包含於反相器1214及1216中且在圖12中展示於插圖中之電容器1214a及1216a之阻抗測試。電容器1214a及1216a可分別表示反相器1214及1216中之多個組件之有效電容而非單一組件電容器。
控制器1238可選擇一測試波形用於反相器1214及1216之一者之EIS監測中，且可控制DC/DC轉換器1210及1212將選定測試波形注入至各自反相器1214及1216上以尤其用於測試電容器1214a或1216a之至少一者。例如，控制器1238可將選定測試波形之一指示發送至DC/DC轉換器1210之控制器1230以引起DC/DC轉換器1210處之一開關打開及閉合以經由連接至反相器1214之輸入連接1240上之脈寬調變來產生選定測試波形。注入測試波形之DC/DC轉換器1210及1212可經組態以監測其各自反相器1214及1216之所得阻抗回應，且可經由其各自控制器1230或1232將監測阻抗回應之一指示輸出至控制器1238。繼續上述實例，DC/DC轉換器1210可監測至反相器1214之輸入連接1240上之阻抗回應且控制器1230可向控制器1238指示反相器1214之阻抗回應。特定言之，阻抗回應可指示電容器1214a及/或1216a之一操作狀態。此一操作狀態可包含(例如)與各自反相器1214或1216之總體運轉有關之一電容範圍。
控制器1238可使用由一反相器1214或1216之EIS監測判定之阻抗回應來判定反相器1214或1216或位於各自反相器中之電容器1214a或1216a之一特性，且可基於判定特性來調整系統1200之一設定。控制器1238可比較由一反相器1214或1216之EIS監測判定之阻抗回應(諸如阻抗回應及/或所儲存之阻抗值之一作圖)與與已知特性相關之類似電化學裝置之儲存於一記憶體中之阻抗回應(諸如阻抗回應及/或所儲存之阻抗值之儲存作圖)。控制器1238可依任何方式比較由一反相器1214或1216或位於各自反相器中之電容器1214a或1216a之EIS監測判定之阻抗回應與所儲存之阻抗回應以識別由一反相器1214或1216之EIS監測判定之阻抗回應與所儲存之阻抗回應之間的匹配。用於比較之一儲存回應之一實例將為比較量測回應與一正常運轉反相器中之一電容器之一儲存回應。
當控制器1238判定由一反相器1214或1216或位於各自反相器中之電容器1214a或1216a之EIS監測判定之阻抗回應與一所儲存之阻抗回應之間匹配(例如相同或在某一預定方差值內)時，控制器1238可將與所儲存之阻抗回應相關之特性判定為各自反相器1214或1216或位於各自反相器中之電容器1214a或1216a之特性。特定EIS量測係已知的。上文在圖6之背景中概述若干實例。
當由一各自DC/DC轉換器1210或1212將一測試波形注入至一輸入連接1240或1242上以執行EIS監測時，各自輸出連接1220或1222上可發生一漣波。若不予處理，則由DC/DC轉換器1210或1212執行EIS監測所致之漣波可引起AC匯流排1218上之一非所要漣波。為防止AC匯流排1218上之一漣波，來自執行EIS監測之DC/DC轉換器1210或1212之漣波可偏移或由注入至AC匯流排1218中之其他漣波抵消。在一實施例中，其他漣波可由未執行EIS監測之DC/DC轉換器1210或1212產生。可藉由控制未執行EIS監測之DC/DC轉換器1210及1212將一偏移波形注入至其各自輸入連接1240或1242之其各自輸入連接中來產生來自未執行EIS監測之其他DC/DC轉換器1210或1212之一或多者之漣波。一或若干偏移波形可由控制器1238選擇，使得當在AC匯流排1218處加總波形時，回應於注入一或若干偏移波形而產生之各自輸出連接1220或1222上之漣波抵消由執行EIS監測之DC/DC轉換器1210或1212引起之漣波。在另一實施例中，漣波可自除DC/DC轉換器1210或1212之外的裝置注入至輸出連接1220或1222中以在AC匯流排1218處加總波形時抵消由執行EIS監測之DC/DC轉換器1210或1212引起之漣波。例如，一波形產生器可連接至輸出連接1220或1222以回應於EIS監測而注入抵消漣波。
圖12展示可注入至輸入連接1240中以導致至AC匯流排1218之輸出連接1220上之一漣波1204的一例示性測試波形1202。一偏移波形1206可注入至輸入連接1242中以導致至AC匯流排1218之輸出連接1222上之一偏移漣波1208。漣波1204及1208之總和可使得無一漣波之一AC電壓1225發生於AC匯流排1218上，儘管AC漣波1204及1208分別發生於輸出連接1220及1222上。
儘管圖12展示提供一單一偏移波形1206以引起無一漣波之一淨AC電壓1225的DC/DC轉換器1212，但應瞭解，系統1200中之DC/DC轉換器之任何組合可用於補償漣波1204。例如，若系統1200具有總計四個DC電源(例如類似於圖9A中所展示之系統600)，則四個DC/DC轉換器之三者可用於補償漣波1204。使用系統中之反相器之任何其他適合組合來產生偏移漣波係在實施例之範疇內。
圖13繪示使用系統1200來EIS測試一反相器中之一電容器且抵消由一測試波形引起之至一AC匯流排之漣波的一實施例方法1300。在一實施例中，方法1300之操作可由一控制器(諸如控制器1238)執行。從反相器、電容器、電池及燃料電池堆疊分段方面討論方法1300之操作，但反相器、電容器、電池及燃料電池堆疊分段僅用作為實例。其他電化學裝置及/或其他電力電子器件可用於方法1300之各種操作中。
在區塊1302中，控制器1238可自複數個反相器選擇一反相器用於阻抗測試。例如，可基於管控可何時及依何種順序測試反相器之一測試協定來選擇反相器。亦可基於反相器內之電容器出故障或需要診斷(例如基於電容器之一預測壽命等等)指示來選擇用於測試之反相器。選擇反相器用於測試之其他方式包含獲得指示反相器出故障(例如輸出電壓或電流之非預期變動)之一量測回應。
在區塊1304中，控制器1238可選擇一測試波形。測試波形可經選擇以產生EIS監測所需之振盪，諸如約1 Hz之振盪。測試波形將經由其各自DC/DC轉換器提供至反相器，例如經由其相鄰DC/DC轉換器1210提供至反相器1214，如圖12中所展示。
在區塊1306中，控制器1238可判定由選定測試波形引起之一所得漣波。如上文所討論，所得漣波可為自其中注入測試波形之反相器輸出至AC匯流排之漣波。在區塊1308中，控制器1238可識別未經受測試之剩餘裝置。此等剩餘裝置可包含未經受EIS測試之反相器及DC/DC轉換器。剩餘裝置亦可包含其他裝置，例如電容器、超級電容器、電池及燃料電池堆疊分段。在區塊1309中，控制器1238可選擇經識別剩餘裝置之一部分。在一實施例中，選定部分可為(例如)所有經識別之剩餘DC/DC轉換器及反相器。在另一實施例中，選定部分可少於所有經識別之剩餘DC/DC轉換器及反相器，諸如僅一單一經識別之剩餘DC/DC轉換器及反相器。在又一實施例中，選定部分可包含DC/DC轉換器、反相器、超級電容器、電容器、電池及燃料電池堆疊分段之任何一或多者。
在區塊1310中，控制器1238可判定各選定剩餘裝置之一偏移波形，使得由各選定剩餘裝置之各自判定偏移波形引起之各所得漣波之一總和抵消由選定測試波形引起之判定所得漣波。在一實施例中，各偏移波形可經產生使得所得漣波相同，諸如一起抵消來自測試波形之漣波之一個、兩個、三個或更多個相等漣波。在另一實施例中，各偏移波形可經產生使得所得漣波不同，諸如一起抵消來自測試波形之漣波之兩個、三個或更多個不同漣波。
在區塊1312中，控制器1238可控制經選擇用於阻抗測試之各自反相器之DC/DC轉換器將測試波形注入至選定反相器中。例如，控制器1238可將控制信號發送至反相器之一控制器(例如1230或1232)以引起轉換器執行脈寬調變以在至反相器之一輸入連接上產生測試波形。在區塊1314中，控制器1238可控制選定剩餘裝置將各選定剩餘反相器之偏移波形注入至每個各自反相器中。例如，控制器1238可將控制信號發送至DC/DC轉換器之控制器(例如1230或1232)以引起轉換器執行脈寬調變以在至其各自反相器之一輸入連接上產生偏移波形。區塊1312及1314中所執行之方法1300之操作可同時發生，使得測試波形及偏移波形同時注入以導致自各種反相器輸出彼此抵消之漣波以導致AC匯流排上之所要AC電壓。
在區塊1316中，控制器1238可至少部分基於阻抗回應來判定經選擇用於阻抗測試之反相器之一特性。如上文所討論，控制器可使用EIS監測來繪製源自注入測試波形之量測阻抗之實部及虛部且比較所繪製之阻抗與具有已知特性之反相器或電容器之阻抗回應之已知特徵。具有已知特性之反相器或電容器之阻抗回應之已知特徵可儲存於可用於控制器之一記憶體中。具有已知特性之反相器或電容器之阻抗回應之所儲存之已知特徵可為源自測試良好(即，未受損/未降級)反相器或電容器及具有各種形式之損壞(例如陽極裂紋)及/或電容降級之受損/降級反相器或電容器之良好反相器或電容器及受損/降級反相器或電容器之量測阻抗之實部及虛部之作圖。已知特性可與儲存於記憶體中之量測阻抗之實部及虛部之作圖相關。
可藉由匹配量測阻抗與阻抗回應之已知特徵來將反相器或其電容器之當前特性或狀態判定為與阻抗回應之匹配已知特徵相關之特性。在選用區塊1318中，控制器1238可基於判定特性超過一失效臨限值來指示一失效模式。例如，若判定特性超過一失效臨限值，則可指示一反相器或一電容器之一失效模式(一失效狀態)。在選用區塊1320中，控制器1238可基於判定特性來調整反相器或整個系統之一設定。例如，控制器1238可基於判定特性來調整(例如增大或減小)自DC/DC轉換器汲取至特定反相器之電流或切斷DC/DC轉換器及其對應反相器。依此方式，阻抗測試(諸如EIS監測)可用於基於反相器之當前特性來調整反相器之操作。
總言之，在上文相對於圖9A至圖9C所描述之一實施例中，一種系統包含：一直流(「DC」)匯流排；除一燃料電池之外的一第一DC電源，其經由一第一輸入連接電連接至一第一DC轉換器，其中該第一DC轉換器經由一第一輸出連接連接至該DC匯流排；除一燃料電池之外的至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二DC轉換器，其中該至少一第二DC轉換器經由至少第二輸出連接連接至該DC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器並行連接至該DC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器。
該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至除一燃料電池之外的該第一DC電源之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二DC轉換器至除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波抵消該第一所得漣波；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；及控制該至少一第二DC轉換器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上。
在一實施例中，除一燃料電池之外的該第一DC電源及除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源之至少一者各包括至少一電池。在另一實施例中，除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源包括一電解電池或一電化學抽運電池。在又一實施例中，除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源包括一超級電容器、一光伏打裝置或一熱電裝置。
在一實施例中，該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：控制該第一DC轉換器回應於該注入測試波形而使用阻抗譜法(「EIS」)來監測除一燃料電池之外的該第一DC電源之一阻抗回應；及至少部分基於除一燃料電池之外的該第一DC電源之該阻抗回應來判定除一燃料電池之外的該第一DC電源之一特性。該處理器亦可經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括基於該判定特性來調整除一燃料電池之外的該第一DC電源之一設定的操作。該判定特性可為一電池容量、一電池充電狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之一者。調整除一燃料電池之外的該第一DC電源之一設定可包括調整除一燃料電池之外的該第一DC電源之一充電狀態。
在另一實施例中，該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：判定該判定特性是否超過一失效臨限值；及回應於判定該判定特性超過該失效臨限值而指示一失效模式。該失效臨限值可指示除一燃料電池之外的該第一DC電源之一減少電池容量且該失效模式包含減少自除一燃料電池之外的該第一DC電源汲取之電力。
另外，在上文相對於圖9A至圖9C所描述之實施例中，一種方法包括：選擇一測試波形來自一第一DC轉換器注入除一燃料電池之外的至少一第一DC電源；判定將回應於將該測試波形注入至該電池上而產生之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以自至少一第二DC轉換器注入至至少一第二DC電源以產生抵消該第一所得漣波之一或多個第二漣波；將該測試波形自該第一DC轉換器注入至該至少一第一DC電源；將該至少一偏移波形自該至少一第二DC轉換器注入至該至少一第二DC電源；及至少部分基於該第一DC電源之阻抗回應來判定該第一DC電源之一特性。
在一實施例中，除一燃料電池之外的該至少一第一DC電源包括一電池。判定該第一DC電源之該特性可包括判定該電池係在充電或放電。判定該電池係在充電或放電可包括：若量測指示已抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在充電；及若量測指示未抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在放電。在一實施例中，判定該第一DC電源之該特性包括判定一電池容量、一電池電量狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之至少一者。
在上文相對於圖10及圖11所描述之另一實施例中，一種系統包括：一交流(「AC」)匯流排；一第一直流(「DC」)電源，其經由一第一輸入連接電連接至一第一反相器，其中該第一反相器經由一第一輸出連接連接至該AC匯流排；至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二反相器，其中該至少一第二反相器經由至少第二輸出連接連接至該AC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一反相器及該至少一第二反相器並行連接至該AC匯流排；及一處理器，其連接至該第一反相器及該至少一第二反相器。
該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入自該第一反相器至該第一DC電源之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二反相器至該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波抵消該第一所得漣波；控制該第一反相器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；及控制該至少一第二反相器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上。
在一實施例中，該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：控制該第一反相器回應於該注入第一測試波形而使用阻抗譜法(「EIS」)來監測該第一DC電源之一第一阻抗回應；及至少部分基於該第一DC電源之該第一阻抗回應來判定該第一DC電源之一特性。該第一DC電源可包括一燃料電池堆疊、一電解電池、一電化學抽運電池、一電池、一超級電容器、一光伏打裝置或一熱電裝置之至少一者，且該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括基於該判定特性來調整該第一DC電源之一設定的操作。在一實施例中，該第一DC電源包括該電池，該判定特性係一電池容量、一電池電量狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之一者，且調整該第一DC電源之一設定包括調整該第一DC電源之一充電狀態。
在另一實施例中，該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：判定該判定特性是否超過一失效臨限值；及回應於判定該判定特性超過該失效臨限值而指示一失效模式。
在上文相對於圖12及圖13所描述之另一實施例中，一種系統包括：一交流(「AC」)匯流排；一第一直流(「DC」)電源，其經由一第一DC電源輸入連接電連接至一第一DC轉換器；一第一反相器，其經由一第一DC轉換器輸出連接連接至該第一DC轉換器且經由一第一反相器輸出連接連接至該AC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器。該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至該第一反相器之該第一DC轉換器輸出連接上；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一DC轉換器輸出連接上；及自該反相器量測對該測試波形之一回應。
在一實施例中，該處理器經進一步組態以執行包括使該量測回應與該第一反相器中之一或多個電容器之一操作狀態有關之操作。該操作狀態可包含與該反相器之總體運轉有關之一電容範圍、該電容器之一預測壽命或該電容器之一電容之至少一者。在一實施例中，使該量測回應與一或多個電容器之一操作狀態有關包括比較該量測回應與一正常運轉反相器中之一電容器之一儲存回應。
根據上文相對於圖9A至圖9E所描述之另一實施例，一種系統包含：一直流(「DC」)匯流排；一電池，其經由一第一輸入連接電連接至一第一DC轉換器，其中該第一DC轉換器經由一第一輸出連接連接至該DC匯流排；至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二DC轉換器，其中該至少一第二DC轉換器經由至少第二輸出連接連接至該DC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器並行連接至該DC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器。該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至該電池之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二DC轉換器至該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得若該電池係在充電，則將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波將抵消該第一所得漣波；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；控制該至少一第二DC轉換器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上；量測該第一DC轉換器輸出連接上之一輸出；及基於該量測輸出來判定該電池係在充電或放電。
在一實施例中，判定該電池係在充電或放電包括：若該量測指示已抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在充電；及若該量測指示未抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在放電。
在另一實施例中，操作進一步包括：回應於該注入測試波形而使用電化學阻抗譜法(「EIS」)來監測該電池之一阻抗回應；及至少部分基於該電池之該阻抗回應來判定該電池之一特性。操作可進一步包括基於該判定特性來調整該電池之一設定。該判定特性可為一電池容量、一電池電量狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之一者，且操作可進一步包括調整該電池之一設定包括調整該電池之一充電狀態。
在另一實施例中，操作進一步包括：判定該判定特性是否超過一失效臨限值；及回應於判定該判定特性超過該失效臨限值而指示一失效模式。該失效臨限值指示該電池之一減少電池容量，且操作可進一步包括回應於該失效模式之該指示而減少自該電池汲取之電力。該至少一第二DC電源可包括一電池、至少一燃料電池堆疊分段、電解電池或電化學抽運電池。
在上文相對於圖9A至圖9E所描述之實施例中，一種方法包含：選擇一測試波形來自一第一DC轉換器注入至一電池；判定將回應於注入該測試波形而產生之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以自至少一第二DC轉換器注入至至少一第二DC電源，使得若該電池係在充電，則將提供將抵消該第一所得漣波之一或多個第二漣波；將該測試波形注入至該電池；將該至少一偏移波形注入至該至少一第二DC電源；判定是否已抵消該第一所得漣波；及基於判定是否已抵消該第一所得漣波之步驟來判定該電池係在充電或放電。
在一實施例中，判定是否已抵消該第一所得漣波包括：若已抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在充電；及若未抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在放電。
在一實施例中，該方法進一步包括：回應於該注入測試波形而使用電化學阻抗譜法(「EIS」)來監測該電池之一阻抗回應；及至少部分基於該電池之該阻抗回應來判定該電池之一特性。該方法可進一步包括基於該判定特性來調整該電池之一設定。該判定特性可為一電池容量、一電池電量狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之一者，且調整該電池之一設定可包括調整該電池之一充電狀態。
在另一實施例中，該方法進一步包括：判定該判定特性是否超過一失效臨限值；及回應於判定該判定特性超過該失效臨限值而指示一失效模式。該失效臨限值可指示該電池之一減少電池容量，且該方法可進一步包括回應於該失效模式之該指示而減少自該電池汲取之電力。該至少一第二DC電源可包括一電池、至少一燃料電池堆疊分段、電解電池或電化學抽運電池。
一或多個圖式已用於描述例示性實施例。使用圖式不意謂限制執行操作之順序。已為了說明及描述而呈現例示性實施例之以上描述。不意欲具窮舉性或限制所揭示之精確形式，而是可鑑於上述教示來進行修改及變動或可自實踐所揭示之實施例獲取修改及變動。意欲使本發明之範疇由隨附申請專利範圍及其等效物界定。
控制元件可使用運算裝置(諸如電腦)(包括處理器、記憶體或已使用指令程式化以執行特定功能之其他組件)實施或可以經設計以執行指定功能之處理器實施。一處理器可為任何可程式化微處理器、微電腦或可由軟體指令(應用程式)組態以執行各種功能(包含本文所描述之各種實施例之功能)之一或若干多處理器晶片。在一些運算裝置中，可提供多個處理器。通常，軟硬應用程式可在其被存取及載入至處理器中之前儲存於內部記憶體中。在一些運算裝置中，處理器可包含足以儲存應用軟體指令之內部記憶體。
結合本文所揭示之實施例所描述之各種繪示性邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。為清楚繪示硬體及軟體之此可互換性，上文已大體上從其功能性方面描述各種繪示性組件、區塊、模組、電路及步驟。此功能性實施為硬體或軟體取決於施加於總系統上之特定應用及設計約束。熟習技術者可針對各特定應用依不同方式實施所描述之功能性，但此實施決定不應被解譯為引起背離本發明之範疇。
用於實施結合本文所揭示之態樣所描述之各種繪示性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體可使用經設計以執行本文所描述之功能之一通用處理器、一數位信號處理器(DSP)、一專用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其等之任何組合實施或執行。一通用處理器可為一微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。一處理器亦可實施為運算裝置之一組合(例如一DSP及一微處理器之一組合)、複數個微處理器、一或多個微處理器結合一DSP核心或任何其他此組態。替代地，一些區塊或方法可由專用於一給定功能之電路執行。
提供所揭示之實施例之以上描述來使熟習技術者能夠製造或使用所描述之實施例。熟習技術者將易於明白此等實施例之各種修改，且在不背離本發明之範疇之情況下，本文所界定之一般原理可應用於其他實施例。因此，本發明不意欲受限於本文所展示之實施例，而是應被給予與以下申請專利範圍及本文所揭示之原理及新穎特徵一致之最廣範疇。
10:燃料電池系統殼體/機櫃 12:電源模組外殼/電源模組 13:反應盒/反應盒子系統 14:輸入/輸出機櫃/模組/外殼 16:燃料輸入模組外殼/燃料處理模組 17:轉化爐 18:電源調節模組外殼/電源調節模組 20:基座 30:門 31:反應盒 39:燃料電池堆疊 70:電源模組組件(PMC) 71:框架 72:支撐件 80:鼓風機 81:通氣孔 100:燃料電池系統 102:直流(DC)負載/資訊技術(IT)負載 102a:備用電源供應器 104:輸入/輸出模組(IOM) 104a:電源調節組件/直流(DC)/交流(AC)反相器 106:電源模組 106a:DC電源 106b:DC/DC轉換器 108:能量儲存模組 108a:儲存裝置 108b:DC/DC轉換器 112a:DC匯流排 112b:主AC匯流排 113:輔AC匯流排 113S:開關 114:電網 117:導管 310:陽極尾氣氧化器(ATO) 321:燃料入口導管 323a:燃料排氣導管 323b:燃料排氣導管 324:陰極排氣導管 325:歧管 327:ATO排氣導管 329:燃料入口導管 330a:導管 330B:導管 331:導管 333:進氣口導管 335:排氣導管 600:系統 602:電化學裝置/DC電源 604:電化學裝置/DC電源 606:電化學裝置/DC電源 608:電化學裝置/DC電源 610:電力電子器件 612:電力電子器件 614:電力電子器件 616:電力電子器件 618:DC匯流排 618a:正線 618b:中性線 618c:負線 620:輸出連接 620a:正輸出連接 620b:中性輸出連接 620c:負輸出連接 622:輸出連接 622a:正輸出連接 622b:中性輸出連接 622c:負輸出連接 624:輸出連接 624a:正輸出連接 624b:中性輸出連接 624c:負輸出連接 626:輸出連接 626a:正輸出連接 626b:中性輸出連接 626c:負輸出連接 630:控制器 632:控制器 634:控制器 636:控制器 638:中央控制器 640:輸入連接 640a:正輸入連接 640b:負輸入連接 642:輸入連接 642a:正輸入連接 642b:負輸入連接 644:輸入連接 644a:正輸入連接 644b:負輸入連接 646:輸入連接 646a:正輸入連接 646b:負輸入連接 702:漣波 704:漣波 706:DC電壓 708:漣波 710:漣波 712:漣波 800:方法 802:區塊 804:區塊 806:區塊 808:區塊 809:區塊 810:區塊 812:區塊 814:區塊 816:區塊 818:區塊 820:區塊 822:區塊 902:測試波形/測試信號 904:抵消漣波 904a:測試漣波 906:偏移波形 908:抵消漣波/偏移漣波 910:偏移波形 912:抵消漣波/偏移漣波 914:偏移波形 916:抵消漣波/偏移漣波 918a:DC電壓 918b:DC電壓漣波 950a:方向 950b:相反方向 1000:系統 1002:測試波形 1004:漣波 1006:偏移波形 1008:偏移漣波 1010:反相器 1012:反相器 1018:AC匯流排 1018a:正線 1018b:中性線 1018c:負線 1020:AC電壓 1030:控制器 1032:控制器 1038:中央控制器 1100:方法 1102:區塊 1104:區塊 1106:區塊 1108:區塊 1109:區塊 1110:區塊 1112:區塊 1114:區塊 1116:區塊 1118:區塊 1120:區塊 1122:區塊 1200:系統 1202:測試波形 1204:AC漣波 1206:偏移波形 1208:AC漣波 1210:DC/DC轉換器 1212:DC/DC轉換器 1214:反相器 1214a:電容器 1216:反相器 1216a:電容器 1218:AC匯流排 1218a:正線 1218b:中性線 1218c:負線 1220:輸出連接 1220a:正輸出連接 1220b:中性輸出連接 1220c:負輸出連接 1222:輸出連接 1222a:正輸出連接 1222b:中性輸出連接 1222c:負輸出連接 1225:AC電壓 1230:控制器 1232:控制器 1234:控制器 1236:控制器 1238:中央控制器 1240:輸入連接 1240a:正輸入連接 1240b:負輸入連接 1242:輸入連接 1242a:正輸入連接 1242b:負輸入連接 1300:方法 1302:區塊 1304:區塊 1306:區塊 1308:區塊 1309:區塊 1310:區塊 1312:區塊 1314:區塊 1316:區塊 1318:區塊 1320:區塊 3100:陽極冷卻器/陽極冷卻器換熱器 3103:蒸汽發生器 3104:水源 3105:混合器 3107:分流器 3111:催化分壓氧化(CPOx)反應器 3113:CPOx進氣口導管 3114:CPOx鼓風機 3117:導管 3119:導管 3121:濕潤陽極排氣流導管 3123:陽極再循環鼓風機 3125:主鼓風機 3133:導管 3137:陽極復熱器/燃料換熱器/預轉化爐 3200:陰極復熱器/空氣換熱器 3314:導管 3801:混合器 A:連接 B:連接 C:連接 D:連接
圖1係繪示可與例示性實施例一起使用之一燃料電池系統的一方塊圖。
圖2係可與例示性實施例一起使用之一模組化燃料電池系統殼體之一等角視圖。
圖3係繪示可與例示性實施例一起使用之一反應盒的一示意性程序流程圖。
圖4係圖2之模組化燃料電池系統之一反應盒之一等角視圖。
圖5係圖2之模組化燃料電池系統之外殼之照片。
圖6係根據一實施例之一系統之一方塊圖。
圖7A及圖7B係繪示隨時間之一DC匯流排上之抵消漣波的曲線圖。
圖8係繪示用於抵消由一測試波形引起之至一DC匯流排之漣波之一實施例方法的一程序流程圖。
圖9A係繪示根據一實施例之注入波形及所得抵消漣波的一系統之一方塊圖。
圖9B係繪示根據一實施例之在一測試電化學裝置處於放電模式中時使用圖9A中所展示之波形之隨時間之一DC匯流排上之抵消漣波的一曲線圖。
圖9C係根據一實施例之電化學阻抗譜法(「EIS」)用於偵測一電池之一充電狀態時之一系統。
圖9D係繪示根據一實施例之在一電化學裝置處於充電模式中時使用圖9C中所展示之波形之隨時間之一DC匯流排上之非抵消漣波的一曲線圖。
圖9E根據一實施例來比較電化學裝置係在放電時之DC匯流排上之一電壓漣波與電化學裝置係在充電時之電壓漣波。
圖10係根據一實施例之一系統之一方塊圖。
圖11繪示根據一實施例之使用圖10中所展示之系統來抵消由一測試波形引起之至一AC匯流排之漣波之一實施例方法。
圖12係根據一實施例之一系統之一方塊圖。
圖13繪示根據一實施例之使用圖12之系統來抵消由一測試波形引起之至一AC匯流排之漣波之一實施例方法1300。
106a:直流(DC)電源
600:系統
602:電化學裝置/DC電源
604:電化學裝置/DC電源
606:電化學裝置/DC電源
608:電化學裝置/DC電源
610:電力電子器件
612:電力電子器件
614:電力電子器件
616:電力電子器件
618:DC匯流排
618a:正線
618b:中性線
618c:負線
620:輸出連接
620a:正輸出連接
620b:中性輸出連接
620c:負輸出連接
622:輸出連接
622a:正輸出連接
622b:中性輸出連接
622c:負輸出連接
624:輸出連接
624a:正輸出連接
624b:中性輸出連接
624c:負輸出連接
626:輸出連接
626a:正輸出連接
626b:中性輸出連接
626c:負輸出連接
630:控制器
632:控制器
634:控制器
636:控制器
638:中央控制器
640:輸入連接
640a:正輸入連接
640b:負輸入連接
642:輸入連接
642a:正輸入連接
642b:負輸入連接
644:輸入連接
644a:正輸入連接
644b:負輸入連接
646:輸入連接
646a:正輸入連接
646b:負輸入連接
902:測試波形
904:抵消漣波
904a:測試漣波
906:偏移波形
908:抵消漣波/偏移漣波
910:偏移波形
912:抵消漣波/偏移漣波
914:偏移波形
916:抵消漣波/偏移漣波
918a:DC電壓
A:連接
B:連接
C:連接
D:連接

Claims (13)

  1. 一種用於阻抗測試直流電源之系統，其包括：一直流(「DC」)匯流排；除一燃料電池之外的一第一DC電源，其經由一第一輸入連接電連接至一第一DC轉換器，其中該第一DC轉換器經由一第一輸出連接連接至該DC匯流排；除一燃料電池之外的至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二DC轉換器，其中該至少一第二DC轉換器經由至少一第二輸出連接連接至該DC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器並行(in parallel)連接至該DC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至除一燃料電池之外的該第一DC電源之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波(first resulting ripple)；判定至少一偏移波形(offset waveform)以注入至自該至少一第二DC轉換器至除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波抵消(cancel)該第一所得漣波；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；及 控制該至少一第二DC轉換器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上，其中除一燃料電池之外的該第一DC電源及除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源之至少一者各包括至少一電池；其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：回應於該注入測試波形，控制該第一DC轉換器而使用阻抗譜法(「EIS」)來監測除一燃料電池之外的該第一DC電源之一阻抗回應；至少部分基於除一燃料電池之外的該第一DC電源之該阻抗回應來判定除一燃料電池之外的該第一DC電源之一特性；及基於該判定特性來調整除一燃料電池之外的該第一DC電源之一設定；其中：該判定特性係一電池容量、一電池電量狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之一者；且調整除一燃料電池之外的該第一DC電源之一設定包括調整除一燃料電池之外的該第一DC電源之一充電狀態。
  2. 一種用於阻抗測試直流電源之系統，其包括：一直流(「DC」)匯流排；除一燃料電池之外的一第一DC電源，其經由一第一輸入連接電連接至一第一DC轉換器，其中該第一DC轉換器經由一第一輸出連接連接至該DC匯流排； 除一燃料電池之外的至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二DC轉換器，其中該至少一第二DC轉換器經由至少第二輸出連接連接至該DC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器並行連接至該DC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器及該至少一第二DC轉換器，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至除一燃料電池之外的該第一DC電源之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二DC轉換器至除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波抵消該第一所得漣波；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；及控制該至少一第二DC轉換器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上，其中除一燃料電池之外的該第一DC電源及除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源之至少一者各包括至少一電池，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：控制該第一DC轉換器回應於該注入測試波形而使用阻抗譜法 (「EIS」)來監測除一燃料電池之外的該第一DC電源之一阻抗回應；至少部分基於除一燃料電池之外的該第一DC電源之該阻抗回應來判定除一燃料電池之外的該第一DC電源之一特性；判定該判定特性是否超過一失效臨限值(failure threshold)；及回應於判定該判定特性超過該失效臨限值而指示一失效模式；及其中該失效臨限值指示除一燃料電池之外的該第一DC電源之一減少電池容量且該失效模式包含減少自除一燃料電池之外的該第一DC電源汲取之電力。
  3. 如請求項2之系統，其中除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源包括一電解電池或一電化學抽運電池。
  4. 如請求項2之系統，其中除一燃料電池之外的該至少一第二DC電源包括一超級電容器、一光伏打裝置或一熱電裝置。
  5. 一種用於阻抗測試直流電源之系統，其包括：一交流(「AC」)匯流排；一第一直流(「DC」)電源，其經由一第一輸入連接電連接至一第一反相器，其中該第一反相器經由一第一輸出連接連接至該AC匯流排；至少一第二DC電源，其經由至少一第二輸入連接電連接至至少一第二反相器，其中該至少一第二反相器經由至少一第二輸出連接連接至該AC匯流排且其中該第一輸出連接及該至少一第二輸出連接將該第一反相器及該至少一第二反相器並行連接至該AC匯流排；及 一處理器，其連接至該第一反相器及該至少一第二反相器，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一反相器至該第一DC電源之該第一輸入連接上；判定將回應於將該測試波形注入至該第一輸入連接上而產生之該第一輸出連接上之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以注入至自該至少一第二反相器至該至少一第二DC電源之該至少一第二輸入連接上，使得將提供至該至少一第二輸出連接之一或多個第二漣波抵消該第一所得漣波；控制該第一反相器將該測試波形注入至該第一輸入連接上；及控制該至少一第二反相器將該至少一偏移波形注入至該至少一第二輸入連接上。
  6. 如請求項5之系統，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：控制該第一反相器回應於該注入第一測試波形而使用阻抗譜法(「EIS」)來監測該第一DC電源之一第一阻抗回應；及至少部分基於該第一DC電源之該第一阻抗回應來判定該第一DC電源之一特性。
  7. 如請求項6之系統，其中：該第一DC電源包括一燃料電池堆疊、一電解電池、一電化學抽運電池、一電池、一超級電容器、一光伏打裝置或一熱電裝置之至少一者；且 該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括基於該判定特性來調整該第一DC電源之一設定的操作。
  8. 如請求項7之系統，其中：該第一DC電源包括該電池；該判定特性係一電池容量、一電池電量狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之一者；且調整該第一DC電源之一設定包括調整該第一DC電源之一充電狀態。
  9. 如請求項6之系統，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行進一步包括以下各者之操作：判定該判定特性是否超過一失效臨限值；及回應於判定該判定特性超過該失效臨限值而指示一失效模式。
  10. 一種用於阻抗測試直流電源之系統，其包括：一交流(「AC」)匯流排；一第一直流(「DC」)電源，其經由一第一DC電源輸入連接電連接至一第一DC轉換器；一第一反相器，其經由一第一DC轉換器輸出連接連接至該第一DC轉換器且經由一第一反相器輸出連接連接至該AC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至該第一反相器之該 第一DC轉換器輸出連接上；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一DC轉換器輸出連接上；自該第一反相器量測對該測試波形之一回應；及使該量測回應與該第一反相器中之一或多個電容器之一操作狀態有關；及其中該操作狀態包含與該第一反相器之總體運轉有關之一電容範圍、該電容器之一預測壽命或該電容器之一電容之至少一者。
  11. 一種用於阻抗測試直流電源之系統，其包括：一交流(「AC」)匯流排；一第一直流(「DC」)電源，其經由一第一DC電源輸入連接電連接至一第一DC轉換器；一第一反相器，其經由一第一DC轉換器輸出連接連接至該第一DC轉換器且經由一第一反相器輸出連接連接至該AC匯流排；及一處理器，其連接至該第一DC轉換器，其中該處理器經組態有處理器可執行指令以執行包括以下各者之操作：選擇一測試波形來注入至自該第一DC轉換器至該第一反相器之該第一DC轉換器輸出連接上；控制該第一DC轉換器將該測試波形注入至該第一DC轉換器輸出連接上；自該第一反相器量測對該測試波形之一回應；及使該量測回應與該第一反相器中之一或多個電容器之一操作狀態 有關；及其中使該量測回應與一或多個電容器之一操作狀態有關包括比較該量測回應與一正常運轉反相器中之一電容器之一儲存回應。
  12. 一種用於阻抗測試直流電源之方法，其包括：選擇一測試波形來自一第一DC轉換器注入至除一燃料電池之外的至少一第一DC電源；判定將回應於將該測試波形注入至一電池上而產生之一第一所得漣波；判定至少一偏移波形以自至少一第二DC轉換器注入至至少一第二DC電源以產生抵消該第一所得漣波之一或多個第二漣波；將該測試波形自該第一DC轉換器注入至該至少一第一DC電源；將該至少一偏移波形自該至少一第二DC轉換器注入至該至少一第二DC電源；及至少部分基於該第一DC電源之阻抗回應來判定該第一DC電源之一特性，其中除一燃料電池之外的該至少一第一DC電源包括一電池；其中判定該第一DC電源之該特性包括判定該電池係在充電或放電；及其中判定該電池係在充電或放電包括：若量測指示已抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在充電；及若量測指示未抵消該第一所得漣波，則判定該電池係在放電。
  13. 如請求項12之方法，其中判定該第一DC電源之該特性包括判定一電池容量、一電池電量狀態(SoC)、一電池健康狀態(SoH)及一總電池壽命之至少一者。
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