(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の少なくとも１つのスタックと、燃料電池の少なくとも１つの負荷回路と、前記少なくとも１つのスタックの近傍の保護接地に接続される少なくとも１つの接地電位構造とを有する燃料電池デバイスのガルバニック絶縁をモニタリングするための測定装置であって、
前記燃料電池デバイスは、負荷回路として、燃料電池により生成される直流電流を処理するパワーエレクトロニクスを有する電流処理手段を有し、
前記燃料電池デバイスは、前記燃料電池の少なくとも１つのスタックと、前記少なくとも１つの接地電位構造に対して自由に電気フロートする構成に対する前記燃料電池の少なくとも１つの負荷回路とを配置するためのガルバニック隔離を有し、
当該測定装置は、前記少なくとも１つの接地電位構造に関する既知のインピーダンスを有する少なくとも１つの測定要素と、前記接地電位構造に対する燃料電池のフロートの電圧情報を形成するため、前記測定要素からの測定を実行する手段とを有し、
前記燃料電池デバイスは、前記燃料電池の電圧値に関連する少なくとも２つのスイッチングポイントを有し、当該測定装置は、前記測定要素に対して前記スイッチングポイントをスイッチするための少なくとも２つのスイッチを有し、
当該測定装置は、ガルバニック絶縁をモニタリングするため、測定において前記スイッチを制御し、前記燃料電池のフロートの電圧情報とスイッチングポイントの間の電圧情報とを処理してガルバニック絶縁の抵抗情報とキャパシタンス情報とを形成する少なくとも１つの信号プロセッサを有し、
前記キャパシタンス情報は、キャパシタンス値と電圧情報曲線の指数定数との類似性に基づき形成され、
前記少なくとも１つの信号プロセッサは、絶縁における漏れ電流の可能性に関する情報からなる前記抵抗情報と、絶縁におけるスプリアス信号の可能なルートに関する情報からなる前記キャパシタンス情報とを処理し、ガルバニック絶縁の状態に関する情報と前記ガルバニック絶縁の状態の起こり得る変化に関する情報とを形成する測定装置。
【請求項２】
前記測定装置は、設置構造に対して互いに異なるインピーダンスを有する異なる測定エリアを形成するための複数の測定要素を有し、
前記複数の測定要素は、前記複数の測定要素の間において異なるインピーダンスを有する、請求項１記載の燃料電池デバイス。
【請求項３】
前記測定装置は、キャパシタンス情報を形成する際にスイッチのスイッチ状態変化に関する電圧情報の変動ダイナミクスの推定を計算することによって、前記スイッチングポイントの間の電圧情報を処理するための前記信号プロセッサを有する、請求項１記載の燃料電池デバイス。
【請求項４】
前記燃料電池デバイスは、前記燃料電池デバイスの電流処理を実行するパワーエレクトロニクスの電子を制御するため統合された前記測定装置を有する、請求項１記載の燃料電池デバイス。
【請求項５】
前記燃料電池デバイスは、前記燃料電池の負荷として少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータを有する、請求項１記載の燃料電池デバイス。
【請求項６】
燃料電池デバイスのガルバニック絶縁をモニタリングする方法であって、少なくとも１つの接地電位構造が保護接地に接続され、当該方法において、
燃料電池のための負荷回路として、燃料電池により生成される直流電流を処理するパワーエレクトロニクスを有する電流処理手段が使用され、
燃料電池の少なくとも１つのスタックと、燃料電池の近傍の少なくとも１つの接地電位構造に対する自由に電気フロートする構成に対する前記少なくとも１つの負荷回路とが構成され、
前記少なくとも１つの接地電位構造に関する既知のインピーダンスを有する少なくとも１つの測定要素への前記燃料電池の電圧値に関連する少なくとも２つのスイッチングポイントを介した制御されたスイッチングが実行され、
電圧情報を形成するため前記測定要素からの測定が実行され、
ガルバニック絶縁の抵抗情報とキャパシタンス情報とを形成するため、スイッチングポイントの間の少なくとも電圧情報と前記燃料電池のフロートの電圧情報とが処理され、
前記キャパシタンス情報は、キャパシタンス値と電圧情報曲線の指数定数との類似性に基づき形成され、
絶縁における漏れ電流の可能性に関する情報からなる前記抵抗情報と、絶縁におけるスプリアス信号の可能なルートに関する情報からなる前記キャパシタンス情報とを処理し、ガルバニック絶縁の状態に関する情報と前記ガルバニック絶縁の状態の起こり得る変化に関する情報とが形成される方法。
【請求項７】
設置構造に対して互いに異なるインピーダンスを有する異なる測定エリアを形成するため、複数の測定要素が使用され、
前記複数の測定要素は、前記複数の測定要素の間で異なるインピーダンスを有する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
キャパシタンス情報を形成するため、前記スイッチングポイントの間の電圧情報が、スイッチのスイッチ状態変更に関する電圧情報の変動ダイナミクスの推定を計算することによって処理される、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記燃料電池により生成される直流電流は、前記燃料電池の負荷としての少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータにより処理される、請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池デバイスは、各種発電ニーズを満たすのに一般的になってきている。燃料電池デバイスは、電気エネルギーを生成するため反応物質を供給される電気化学デバイスである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池デバイスは、環境に優しい処理において高いデューティレシオによる発電を可能にする電気化学デバイスである。燃料電池技術は、将来的に最も有望なエネルギー生成方法の１つと考えられている。
【０００３】
図１に示されるように、燃料電池は、陽極サイド１００と、陰極サイド１０２と、これらの間の電解質材料１０４とを有する。燃料電池デバイスに供給される反応物質は、発熱反応の結果として電気エネルギーと熱とが生成される処理を受ける。例えば、ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）酸素１０６は、陰極サイド１０２に供給され、陰極から電子を受けることによって酸素負イオンに還元される。酸素負イオンは、電解質材料１０４を介し陽極サイド１００に移動し、使用燃料１０８と反応して、水と典型的には二酸化炭素（ＣＯ２）とを生成する。陽極と陰極との間には、電子を陰極に移すための燃料電池の負荷として外部電気回路１１１がある。外部電気回路は、負荷１１０を有する。
【０００４】
図２において、天然ガス、バイオガス、メタノール又は炭化水素を含む他の化合物などを燃料として利用可能な燃料電池デバイスの一例として、ＳＯＦＣデバイスが示される。図２のＳＯＦＣデバイスは、スタック形成による平板型の燃料電池（ＳＯＦＣスタック）を有する。各燃料電池図１に示されるように、陽極１００及び陰極１０２の構造を有する。使用燃料の一部は、各陽極を介しフィードバック構成により再循環される。図２のＳＯＦＣデバイスは、燃料熱交換手段１０５と改質手段１０７とを有する。熱交換手段は、燃料電池処理において熱状態を制御するのに用いられる。ＳＯＦＣデバイスの異なる位置に複数配置可能である。循環ガスにおける余分な熱エネルギーは、ＳＯＦＣデバイスにおいて又は熱回収部の外部において利用するため、熱交換手段１０５において回収される。このため、熱回収する熱交換手段は、図２に示されるように、異なる位置に配置可能である。改質手段１０７は、天然ガスなどの燃料を、酸素とメタンを１／２ずつ含む化合物、二酸化炭素、不活性ガスなど、燃料電池に適した化合物に変換するデバイスである。しかしながら、改質手段は、すべての燃料電池実現形態に必要であるとは限らず、未処理燃料がまた燃料電池１０３に直接供給されてもよい。
【０００５】
測定手段１１５（燃料流量計、電流計、温度計など）を利用することによって、陽極を介した再循環ガスからのＳＯＦＣデバイスの動作のために必要な測定が実行される。燃料電池１０３の陽極１００（図１）において用いられる燃料部分のみが、フィードバック構成１０９において陽極を介し再循環され、図２において、ガスのその他の部分は陽極１００から排出されるように図示される。
【０００６】
燃料電池システムでは、セルスタックは、直列及び／又は並列接続されるグループにしばしばグループ化される。燃料スタック間で生じる電圧レベルは、所望されない電流ループを回避するため、燃料電池セル間で絶縁される必要がある。典型的には、電圧レベルは、支持構造と、燃料供給ラインなどを含むパイピングなどを有する燃料電池デバイスの絶縁構造から絶縁される必要がある。
【０００７】
高温燃料電池用途などのケースなど、厳しく化学的に活動的な環境のケースでは、適切かつ安定的な電子絶縁を実現することは困難である。これらの状況では、燃料電池の電圧の相違により引き起こされる及び／又は加速される腐食、熱機械応力、材料劣化又は電気化学現象が、個別の現象として生じ、一緒になって影響を与えて、絶縁を通過する導電ルート及び／又は絶縁破壊を生じさせる。燃料電池間の内部的に生じる漏れ電流は、負荷力を劣化させ、燃料電池に対する不可逆的な劣化を生じさせ、燃料電池スタックを完全に破壊し、漏れ電流が重大な影響を及ぼす可能性がある。これらの所望されない影響は、部分的に又は完全に回避され、この結果、ガルバノミック絶縁レベルが継続的にモニタリングされ、絶縁の欠落が、必要な保護的アクションのための十分な時間がとれるように早期に発見される。
【０００８】
絶縁の劣化は、燃料電池デバイスの外部における電圧及び／又は電流測定では通常は容易に検出できない。燃料電池スタックが電気フロートしない場合、故障電流測定が漏れ電流をモニタリングするのに利用可能である。しかしながら、当該方法は、漏れ電流の位置を特定するのに適しておらず、燃料電池デバイスの内部において漏れ電流を観察するのに適していない。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の課題は、絶縁の劣化が早期に検出されて、絶縁の損傷により生じる有害でコストのかかる結果が回避できるように、燃料電池デバイスにおけるガルバニック絶縁をモニタリングすることである。これは、燃料電池の少なくとも１つのスタックと、燃料電池の少なくとも１つの負荷回路と、少なくとも１つのスタックの近傍の少なくとも１つの構造とを有する燃料電池デバイスのガルバニック絶縁をモニタリングするための測定装置によって実現される。燃料電池デバイスは、負荷回路として、燃料電池により生成される直流電流を処理するためのパワーエレクトロニクスを有する電流処理手段を有し、燃料電池デバイスは、燃料電池の少なくとも１つのスタックと少なくとも１つの負荷回路とを、少なくとも１つの構造に対して自由に電気フロートする構成に配置するためのガルバニック絶縁を有し、測定装置は、少なくとも１つの構造に関して既知のインピーダンスを有する少なくとも１つの測定要素と、構造に対する燃料電池のフロートの電圧情報を形成するため測定要素からの測定を実行する手段とを有し、燃料電池デバイスは、少なくとも２つのスイッチングポイントを有し、測定装置は、測定要素に対してスイッチングポイントをスイッチするための少なくとも２つのスイッチを有し、測定装置は、ガルバニック絶縁をモニタリングするため、測定においてスイッチを制御し、ガルバニック絶縁の抵抗情報とキャパシタンス情報とを形成するため、スイッチングポイントの間の少なくとも電圧情報と形成された電圧情報とを処理する少なくとも１つの信号プロセッサを有し、キャパシタンス情報の形成は、キャパシタンス値と電圧情報曲線の指数定数との間に比較に基づき、少なくとも１つの信号プロセッサは、ガルバニック絶縁の状態に関する情報と可能な状態変更に関する情報とを形成するため、抵抗情報とキャパシタンス情報とを合成する。
【００１０】
本発明はまた、燃料電池デバイスのガルバニック絶縁をモニタリングする方法に関する。本方法では、燃料電池のための負荷回路として、燃料電池により生成される直流電流を処理するパワーエレクトロニクスを有する電流処理手段が使用され、燃料電池の少なくとも１つのスタックと、燃料電池の近傍の少なくとも１つの構造に対する自由に電気フロートする構成に対する前記少なくとも１つの負荷回路とが構成され、前記少なくとも１つの構造に関する既知のインピーダンスを有する少なくとも１つの測定要素への少なくとも２つのスイッチングポイントを介した制御されたスイッチングが実行され、電圧情報を形成するため前記測定要素からの測定が実行され、ガルバニック絶縁の抵抗情報とキャパシタンス情報とを形成するため、スイッチングポイントの間の少なくとも電圧情報と前記形成された電圧情報とが処理され、前記キャパシタンス情報の形成は、キャパシタンス値と電圧情報曲線の指数定数との間の比較に基づき、ガルバニック絶縁の状態に関する情報と前記状態の可能な変更に関する情報とを形成するため、前記抵抗及びキャパシタンス情報が合成される。
【００１１】
本発明は、上記燃料電池に基づき、燃料電池の少なくとも１つの負荷回路は、燃料電池の近傍の少なくとも１つの構造に対して自由に電気フロートする構成に対して構成される。スイッチを利用することによって、本発明の実施中に実質的に同一に維持される固定的なインピーダンスを有する少なくとも１つの測定要素に対するスイッチングが実行される。このインピーダンスは、燃料電池の近傍の少なくとも１つの構造にガルバニック接続状態される。構造に対する燃料電池のフロートの測定情報は、燃料電池デバイスの動作中の異なるスイッチング時における測定要素からの測定を実行することによって形成される。測定情報は、燃料電池デバイスのガルバニック絶縁において生じる漏れ電流の値及び／又は位置などを解くための異なる方法による計算によって処理可能である。測定情報はまた、ガルバニック絶縁のキャパシタンス値に関する情報を形成するための計算によって処理可能である。キャパシタンス値は、ガルバニック絶縁におけるスプリアス信号の可能なルートに関する情報を有する。
【００１２】
本発明は、絶縁における漏れ電流とその位置及びスプリアス信号の可能なフローパスから取得される情報が、燃料電池デバイスのための十分な保護的サービス作業を早期に開始することによって、絶縁不良などにより生じる燃料電池デバイスの動作問題を防ぐのに利用可能である。本発明によるガルバニック絶縁のモニタリングによって、新たな絶縁不良が即座に検出され、当該不良がさらに悪化することが回避され、直列接続される燃料電池スタックの個数を増やすことが可能となる。
【００１３】
本発明の実現形態は、自由に電気フロートする構成に配置される１以上の燃料電池スタックを有する何れかの燃料電池デバイスにおいて利用可能である。さらに、本発明の方法は、燃料電池にさらなる接続する必要なく、安価なコンポーネントにより実現可能である。また、本発明による実現形態は負荷パワーエレクトロニクスを損なうことなく、燃料電池が負荷されながらガルバニック絶縁の測定及びモニタリングを可能にすることは有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、単一の燃料電池の実現形態を示す。
【図２】図２は、燃料電池デバイスの実現形態を示す。
【図３】図３は、本発明の好適な実施例による燃料電池デバイスに統合される測定装置を示す。
【図４】図４は、燃料電池スタックのプラス出力とマイナス出力とが接地電位及び／又は燃料電池スタックの近傍のポテンシャルに測定レジスタＲｍを介し接続される本発明による絶縁抵抗のモニタリングを示す。
【図５】図５は、スイッチＳ１が閉じられ、負荷が極めて絶縁されるときの漏れ電流の等価回路を示す。
【図６】図６は、電圧ソースとレジスタとの出力の２つのインタフェースのための等価回路の構成においてテブナンの定理の適用を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
燃料電池システムでは、燃料電池スタックの間で、また燃料電池スタックと燃料電池の近傍の少なくとも１つの構造との間で、ガルバニック絶縁が一般に要求される。この構造は、燃料電池スタックの実質的に周囲にある設置構造などを意味する。すなわち、構造１２２（図３）は、燃料電池スタックの近傍の１以上の設置構造と、燃料電池スタックがガルバニック絶縁される必要があるパイプラインなどの他の構造とを意味する。しかしながら、高温燃料電池用途のケースなど、厳しく化学的に活動的な環境のケースにおいて実現するのに適した安定的な電子絶縁は困難である。絶縁破壊又は絶縁の劣化は、漏れ電流を生じさせ、負荷に利用可能な電力を減少させ、燃料電池デバイスへの電力の不可逆的な減少と燃料電池スタックの破壊さえ引き起こす可能性があり、漏れ電流にさらされる。これらの負の効果は、ガルバニック絶縁の品質が燃料電子デバイスの動作中にモニタリングされ、必要なセキュリティ作業を開始するのに十分早期に絶縁の減少量が検出されるとき、完全に回避可能であるか、少なくとも部分的に回避可能である。
【００１６】
本発明によると、燃料電池デバイスの動作中にガルバニック絶縁特性を継続的にモニタリングするための低コストな実現形態が実現される。本発明による実現形態では、燃料電池とそれらの負荷とが、漏れ電流が導電する地面及び／又は設置構造などの周囲の構造に関して電気フロートする。燃料電池の負荷１１０として、電流処理手段などの燃料電池の負荷電気回路１１１が燃料電池デバイスに統合され、当該手段は、燃料電池により生成される直流電流（ＤＣ電流）を処理するパワーエレクトロニクスを有する。
【００１７】
図３において、本発明の好適な実施例による燃料電池デバイスに実装されるガルバニック絶縁１２０をモニタリングするための測定装置１２５が提供される。燃料電池デバイスは、通常は複数の燃料電池スタック１０３と、燃料電池スタックの実質的に周囲に配置される設置構造１２２と、燃料電池のための負荷電気回路１１１とを有する。設置構造とそれに付属する他の可能な構造とが、好ましくは、防食電位に接続される。ガルバニック絶縁１２０は、燃料電池スタック１０３と設置構造１２２との間に形成され、所望される場合にはさらに、燃料電池スタックと、燃料電池スタックを配置するためのパイピング１２２及び設置構造と必要に応じてパイピングとに関して自由に電気フロートする構成に対する燃料電池の負荷電気回路１１１との間に形成される。本発明の好適な実施例による燃料電池のための負荷電気回路は、負荷１１０として、燃料電池により生成される電気を処理するためのＤＣ電力コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）などを有する。
【００１８】
燃料電池デバイスに実装される測定装置１２５は、設置構造１２２に対して既知のインピーダンスを有する少なくとも１つの測定要素１２４を有する。本発明の好適な実施例では、測定要素１２４として、少なくとも１つの測定レジスタが使用されるが、測定要素１２４はまた、１以上のキャパシタ若しくはコイル、又は１以上のレジスタ、キャパシタ及び／若しくはコイルのいくつかの組み合わせにより実現可能である。本発明による測定装置はまた、設置構造に対して互いに異なるインピーダンスを有する異なる測定エリアを形成するための測定要素を有してもよい。
【００１９】
燃料電池デバイスは、少なくとも２つの出力極、すなわち、スイッチングポイントであるプラス（＋）極１２６とマイナス（−）極１２８とを有し、これらに接続されて、測定装置は測定レジスタ１２４へのスイッチングポイント１２６，１２８を介しスイッチングを実行するためのスイッチＳ１，Ｓ２を有する。各スイッチは、好ましくは、信号プロセッサ１３０を制御するのに用いることによってオープン又はクローズ状態に制御される。本発明の好適な実施例は、電圧情報を生成するための測定レジスタの電圧を測定する手段１２７を有する。生成される電圧情報は、信号プロセッサ１３０により処理され、好ましくは、設置構造に関する燃料電池スタックのための負荷回路１１１と燃料電池スタック１０３とのフロートをチェックするためのリファレンス電圧レベルと比較される。本発明による実現形態はまた、電圧情報がわからない場合、スイッチングポイント１２６，１２８の間の電圧の電圧測定によって取得される燃料電池電圧（図４のＵｆｃ）の電圧情報を要求する。
【００２０】
異なる絶縁位置からの電圧情報に基づき、電圧情報の処理における絶縁抵抗値が決定可能であり、この値は当該位置において漏れ電流が存在することを報告する。この電圧情報処理では、スイッチＳ１，Ｓ２の制御において使用される同一の共通の信号プロセッサ１３０が利用可能であり、又は信号プロセッサは別々のものであってもよい。信号プロセッサは、アナログ及び／又はデジタル実現されるマイクロコントローラ、信号プロセッサ、マイクロプロセッサ又は他の当該目的に適した実現形態であってもよい。本発明の好適な実施例では、信号処理デバイス１３０として、信号プロセッサなどのデジタルデバイスが使用される。
【００２１】
図４において、燃料電池スタック１０３のプラス出力１２６とマイナス出力１２８とがＲｍを介し電圧（Ｕｍ）を測定するため、測定レジスタＲｍ１２４を介し接地電位及び／又は施設構造の電位にスイッチされるように、絶縁抵抗モニタリングが提供される。スイッチＳ１，Ｓ２は、トランジスタスイッチなどの半導体コンポーネントであってよく、又は他のスイッチ間実現形態であってもよい。本発明による実現形態では、１以上の燃料電池スタックに対する燃料電池スタック電圧（Ｕｆｃ）は、スイッチポイント１２６（＋）と１２８（−）とからの燃料電池電圧を測定することによって測定される（図３）。また、燃料電池デバイスが極間電圧が既知であるバッテリに接続される実施例など、本発明の実現形態の間に測定なしの既知の電圧であることが可能である。
【００２２】
図５において、通常は容易に実現される負荷が極めて絶縁される場合にスイッチＳ１がクローズされたときの漏れ電流の等価回路が提供される。燃料電池スタックの周囲の設置構造の電位に対する漏れ電流は、図５におけるレジスタ、すなわち、抵抗ＲＬｎにより与えられる燃料電池スタックの異なる電圧レベルから発生しうる。この場合、燃料電池スタックと漏れ抵抗とは、電圧ソースと抵抗とのセットを形成する。電圧ソースは、測定レジスタＲｍ１２４を介した微量の電流と比較して理想的なものとみなすことが可能であり、漏れ抵抗はリニアとみなすことが可能である。
【００２３】
従って、テブナンの定理は、図６によると、電圧ソースとレジスタとのセットの２つのインタフェースの等価回路の形成において適用可能である。テブナンの定理によると、２つの出力を有する対応する各セットは、単一の電圧ソースＵｔｈにより表され、Ｕｔｈに関してレジスタＲｔｈと直列接続可能である。テブナンの定理は、Ｓ１がオープンであり、Ｓ２がクローズされているときに適用され、燃料電池スタック１０３のセットのマイナス出力をゼロの電圧リファレンスとして使用するとき、電圧ソースＵｔｈが電圧ソースＵｔｈ−ＵＦＣと置換される対応する等価回路を形成する。
【００２４】
スイッチＳ１，Ｓ２がクローズされるときに測定された測定電圧Ｕｍ１とＵｍ２を示すとき、等価グループの未知のＵｔｈ及びＲｔｈは、
Ｒｔｈ＝Ｒｍ（ＵＦＣ＋Ｕｍ１−Ｕｍ２）／（Ｕｍ２−Ｕｍ１）
Ｕｔｈ＝−Ｕｍ１（ＵＦＣ）／（Ｕｍ２−Ｕｍ１）
により解くことができる。
【００２５】
Ｕｔｈは、オープン回路テブナン電圧に対応し、本発明による本実施例では、それは、外部負荷が漏れ電流にさらされないとき、すなわち、測定レジスタＲｍ１２４が削除されたことを意味する図３及び４においてスイッチＳ１，Ｓ２がオープンであるときの燃料電池スタックのセットに対するマイナス出力の反転された電圧値を意味する。テブナンの定理を適用することによって、抵抗Ｒｔｈはすべての漏れ抵抗の並列接続された合計抵抗の漏れ抵抗に対応し、すなわち、Ｒｔｈ＝ＲＬ１‖ＲＬ２‖．．．‖ＲＬｎである。従って、求められた電圧Ｕｔｈは、ゼロの電圧リファレンスに対して絶縁不良の位置の指標を与え、Ｒｔｈは、燃料電池の間のワーストケースの内部漏れ電流を表す。スイッチＳ１，Ｓ２の交互のクローズとオープンなどの測定処理は、絶縁された負荷の動作に影響を与えず、燃料電池デバイスの動作中に連続的に測定処理が実行可能である。フロートスタック１０３の構成のため、シャーシへの単一の接続は燃料電池に影響を与えないが、例えば、燃料電池スタックの間で破壊的な内部の電流ループが生じる前に、燃料電池デバイスの動作を中断させることを可能にする本発明による測定方法によって観察される。また、燃料電池デバイスの絶縁特性の変化に対する早い段階に形成された指標情報は、適切な時間に燃料電池デバイスの保護的なサービス作業において利用可能である。
【００２６】
本発明による実現形態では、１以上の測定要素により実行される設置による漏れ電流の位置を決定する電気等価回路が形成される。測定曲線の指数的形状は、測定されたキャパシタンスの指標となる。誘電率の値は、湿度、温度などの各種ファクタによる影響を受ける。測定値のより稠密な測定又は計算によって、電圧情報曲線の指数形状は改良可能であり、指数定数がキャパシタンスに比例することが検出できる。測定から、速度の変化がスイッチ時に低速である場合、大きなキャパシタンスが存在することを示すデータが観察できる。信号プロセッサによって、電圧情報が計算され、キャパシタンス情報の形成において利用可能なスイッチ状態の変化に関する電圧値の変動ダイナミックスが決定できる。
【００２７】
キャパシタンスは、絶縁の変形を示すため有害な現象である。一緒に又は別々に形成されるキャパシタンス及び抵抗情報は、ガルバニック絶縁とそれの変化に関する情報を形成するのに補完的な方法により利用可能である。有効なキャパシタンスは、絶縁からスプリアス信号が前進するパスが検出可能であるという事実を反映している。抵抗は、漏れ電流が絶縁において発生しているという事実を反映する。
【００２８】
本発明によると、燃料電池デバイスにおけるフロートする燃料スタックのトータルの絶縁抵抗とトータルのキャパシタンスの継続的なモニタリングを可能にするアクティブな方法が実現可能である。燃料電池スタックの周囲の設置構造の非フロート電圧に対する、すなわち、燃料電池スタックの設置構造の電圧に対する絶縁抵抗は、測定要素に対する電圧を測定することによって、既知のインピーダンスを有する測定要素を介し設置に対する燃料電池スタックの出力の１つを順次スイッチする手段によって測定される。測定要素の必要なインピーダンスは正確に知られる必要はないが、インピーダンスが本発明の実施中に実質的に同一に維持されることが重要である。回路理論によると、測定によって提供される異なる位置における漏れ量に関する測定及び情報に基づき、トータルの漏れ抵抗が決定可能である。このように取得された情報は、燃料電池デバイスの保護的メンテナンス作業と共に、絶縁不良により生じる燃料電池スタックの不具合を防ぐ際に利用可能である。
【００２９】
本発明による方法における燃料電池スタックのセットは、単一の燃料電池スタック又は何れかのサイズの燃料電池スタックのセットとすることが可能である。燃料電池デバイスは、燃料電池スタックの１以上のセットを有してもよく、絶縁抵抗及び／又はキャパシタンスのモニタリングは、１以上の燃料電池スタックに対して個別に、又はすべての燃料電池スタックに対して一緒に構成される。本発明による方法は、測定装置が別のデバイス上に配置され、及び／又は燃料電池デバイスのパワーエレクトロニクスに統合されるように配置され、それはまた燃料電池デバイスの負荷となりうるものであり、コンポーネント数と製造コストを最小限に維持することを可能にする。
【００３０】
ＳＯＦＣ燃料電池デバイスにおける本発明による実現形態の利用が図示されたが、本発明による実現形態は他のタイプの燃料デバイスにも利用可能である。
【００３１】
本発明が添付した図面と明細書を参照して提供されたが、本発明はこれらに限定されるものでなく、請求項により可能な範囲内の変更を受ける。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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