▶ オーミアム インターナショナル， インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-24
(54)【発明の名称】モジュール式電解システムのインピーダンス監視
(51)【国際特許分類】
G01R 27/02 20060101AFI20230714BHJP
H02M 3/155 20060101ALI20230714BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20230714BHJP
C25B 15/06 20060101ALI20230714BHJP
G01R 31/389 20190101ALI20230714BHJP
【ＦＩ】
G01R27/02 A
H02M3/155 Z
H02M3/155 C
C25B9/00 A
C25B15/06
G01R31/389
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022578992
(86)(22)【出願日】2021-06-28
(85)【翻訳文提出日】2023-02-13
(86)【国際出願番号】 US2021039371
(87)【国際公開番号】W WO2021263231
(87)【国際公開日】2021-12-30
(31)【優先権主張番号】202021027158
(32)【優先日】2020-06-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522203075
【氏名又は名称】オーミアム インターナショナル， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】スリニヴァサン， ラメシュ
(72)【発明者】
【氏名】アダパ， アニル クマール
(72)【発明者】
【氏名】バランタイン， アルネ
(72)【発明者】
【氏名】バーピー， ザッカリー
【テーマコード（参考）】
2G028
2G216
4K021
5H730
【Ｆターム（参考）】
2G028BE04
2G028CG08
2G028DH04
2G028DH11
2G216BA56
4K021AA01
4K021BA02
4K021DB31
4K021EA09
5H730AA18
5H730AS04
5H730AS05
5H730AS08
5H730AS17
5H730BB13
5H730BB57
5H730BB86
5H730CC02
5H730CC05
5H730DD03
5H730DD04
5H730DD16
5H730FG05
5H730XX01
5H730XX50
(57)【要約】
交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法方法が、パワーエレクトロニクスから電気化学デバイスの中にＡＣインピーダンス分光法リップルを提供することと、パワーエレクトロニクスにおいてリップルを吸収することとを含む。一実施形態において、ＡＣインピーダンス分光法リップルは、動作電流または電圧が電気化学デバイスへ、またはそれから提供されながら、電気化学デバイスの中にパワーエレクトロニクスから提供され、それによって、ＡＣインピーダンス分光法リップルは、電気化学デバイスの動作を中断しない。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法システムであって、前記ＡＣインピーダンス分光法システムは、ＡＣ分割バスによってＡＣ電源に、ＤＣバスによって直流ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続可能な力率補正（ＰＦＣ）整流器を備え、
前記ＰＦＣ整流器は、
前記ＡＣ分割バスのそれぞれのＡＣバスに電気的に接続可能である複数の電力インバータと、
ＤＣリンク中点において中央ＤＣバスによって前記複数の電力インバータに並列に電気的に接続された第１のコンデンサおよび第２のコンデンサと、
前記中央ＤＣバスによって前記ＤＣリンク中点に電気的に接続され、前記ＤＣバスによって前記直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータに電気的に接続可能である補助電力コンバータと
を含む、ＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項2】
前記補助電力コンバータは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって引き込まれるリップル電流を相殺するための無効電力量を前記ＤＣリンクから引き込むように構成されている、請求項１に記載のＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項3】
前記補助電力コンバータは、前記中央ＤＣバスに並列に電気的に接続された第３のコンデンサおよび第４のコンデンサと、
第１の端部および第２の端部を有するフィルタリングインダクタであって、前記フィルタリングインダクタは、前記第３のコンデンサおよび前記第４のコンデンサに前記第１の端部において並列に電気的に接続されている、フィルタリングインダクタと、
前記フィルタリングインダクタの前記第２の端部に電気的に接続されたハーフブリッジインバータと
を含む、請求項１に記載のＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項4】
前記ハーフブリッジインバータは、エミッタ端部において前記フィルタリングインダクタの前記第２の端部に電気的に接続された第１のトランジスタと、
アノード端部において、前記第１のトランジスタと並列に前記フィルタリングインダクタの前記第２の端部に電気的に接続された第１のダイオードと、
コレクタ端部において前記フィルタリングインダクタの前記第２の端部に電気的に接続された第２のトランジスタと、
カソード端部において、前記第２のトランジスタと並列に前記フィルタリングインダクタの前記第２の端部に電気的に接続された第２のダイオードと
を備えている、請求項３に記載のＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項5】
前記第３のコンデンサは、前記第１の端部において前記ＤＣバスに、前記第２の端部において前記中央ＤＣバスおよび前記フィルタリングインダクタの前記第１の端部に電気的に接続され、前記第４のコンデンサは、前記第１の端部において前記中央ＤＣバスおよび前記フィルタリングインダクタの前記第１の端部に、前記第２の端部において戻りＤＣバスに電気的に接続され、
前記ハーフブリッジインバータは、
コレクタ端部において前記ＤＣバスに電気的に接続された第１のトランジスタと、
前記カソード端部において、前記第１のトランジスタと並列に前記ＤＣバスに電気的に接続された第１のダイオードと、
エミッタ端部において戻りＤＣバスに電気的に接続された第２のトランジスタと、
前記アノード端部において、前記第２のトランジスタと並列に前記戻りＤＣバスに電気的に接続された第２のダイオードと
を備えている、請求項３に記載のＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項6】
前記複数の電力インバータの各々は、並列に前記分割ＡＣバスのうちの前記それぞれのＡＣバスに電気的に接続された第１のダイオードおよび第２のダイオードであって、前記第１のダイオードは、アノード端部において前記それぞれのＡＣバスに電気的に接続され、前記第２のダイオードは、カソード端部において前記それぞれのＡＣバスに電気的に接続されている、第１のダイオードおよび第２のダイオードと、
コレクタ端部において前記それぞれのＡＣバスに電気的に接続され、エミッタ端部においてバスに電気的に接続された第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと並列に、前記カソード端部において前記それぞれのＡＣバスに電気的に接続され、前記アノード端部において前記バスに電気的に接続された第３のダイオードと、
コレクタ端部において前記中央ＤＣバスに電気的に接続され、前記エミッタ端部において前記バスに電気的に接続された第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタと並列に、カソード端部において前記中央ＤＣバスに電気的に接続され、前記アノード端部において前記バスに電気的に接続された第４のダイオードと
を備えている、請求項１に記載のＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項7】
コントローラ実行可能命令で構成されたコントローラを備え、前記命令は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータへの摂動の注入に応答して、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサにおける電圧に基づいて、前記ＤＣリンクのリップル電圧を測定することと、
前記ＤＣリンクから前記リップル電圧を除去するように構成された相殺リップルを前記ＤＣリンクに注入することと
を含む動作を前記コントローラに実装させる、請求項１に記載のＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項8】
前記補助電力コンバータは、前記中央ＤＣバスに並列に電気的に接続された第３のコンデンサおよび第４のコンデンサを含み、前記補助電力コンバータは、コントローラ実行可能命令で構成されたコントローラをさらに備え、前記命令は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータへの摂動の注入に応答して、かつ前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサがアクセス不能であることに応答して、前記第３のコンデンサおよび前記第４のコンデンサにおける電圧に基づいて、前記ＤＣリンクのリップル電圧を測定することと、
前記ＤＣリンクから前記リップル電圧を除去するように構成された相殺リップルを前記ＤＣリンクに注入することと
を含む動作を前記コントローラに実装させる、請求項１に記載のＡＣインピーダンス分光法システム。
【請求項9】
交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法方法であって、前記方法は、パワーエレクトロニクスから電気化学デバイスの中にＡＣインピーダンス分光法リップルを提供することと、
前記パワーエレクトロニクスにおいて前記リップルを吸収することと
を含む、交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法方法。
【請求項10】
前記ＡＣインピーダンス分光法リップルは、動作電流または電圧が前記電気化学デバイスへ、またはそれから提供されながら、前記電気化学デバイスの中にパワーエレクトロニクスから提供され、それによって、前記ＡＣインピーダンス分光法リップルは、前記電気化学デバイスの動作を中断しない、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記電気化学デバイスは、電気化学スタックを備え、前記電気化学スタックの異なる部分のインピーダンスは、別個に測定され、互いに、または基準または平均インピーダンス値と比較される、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記電気化学スタックの部分における障害を決定することと、前記障害を含む電気化学スタックの前記部分を電気的にバイパスすることと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記電気化学スタックは、プロトン交換膜（ＰＥＭ）電解槽スタックを備えている、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
前記パワーエレクトロニクスは、ＡＣ分割バスのそれぞれのＡＣバスに電気的に接続可能な複数の電力インバータと、
ＤＣリンク中点において中央ＤＣバスによって前記複数の電力インバータに並列に電気的に接続された第１のコンデンサおよび第２のコンデンサと、
前記中央ＤＣバスによって前記ＤＣリンク中点に電気的に接続され、前記ＤＣバスによって直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータに電気的に接続可能である補助電力コンバータと、
を備えている、請求項９に記載の方法。
【請求項15】
前記補助電力コンバータは、前記ＡＣインピーダンス分光法リップルを相殺するための無効電力量を前記ＤＣリンクから引き込むように構成されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサにおける電圧に基づいて、前記ＤＣリンクの前記ＡＣインピーダンス分光法リップル電圧を測定することと、前記ＤＣリンクから前記リップル電圧を除去するように構成された相殺リップルを前記ＤＣリンクに注入することと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
変化する周波数においてＡＣ電圧を出力することと、プロトン交換膜（ＰＥＭ）スタックを備えている前記電気化学デバイスの変化する周波におけるインピーダンスを測定することと、
前記変化する周波数のうちの第１の周波数におけるＡＣ電圧に関して、前記測定されたインピーダンスが閾値を超えているかどうかを決定することと、
前記第１の周波数における前記ＡＣ電圧に関して、前記測定されたインピーダンスが前記閾値を超えることを決定することに応答して、前記第１の周波数における前記ＡＣ電圧に関連付けられた障害を決定することと、
前記障害を是正することと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項18】
前記障害を決定することは、前記障害がプロトン交換膜のドライアウトであることを決定することを含み、前記障害を是正することは、加湿機能を増加させ、ＰＥＭスタックへの増加入口流含水量を生じさせることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記障害を決定することは、前記障害がプロトン交換膜の被毒であることを決定することを含み、前記障害を是正することは、電池活性化サイクルまたは電極の酸化／低減サイクルのうちの１つをトリガすることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記障害を決定することは、前記障害がプロトン交換膜のフラッディングであることを決定することを含み、前記障害を是正することは、フラッディングが生じているチャンバのパージ、または前記フラッディング条件をクリアするためにアノードまたはカソードの再循環率を増加させることのうちの１つをトリガすることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項21】
前記障害を決定することは、前記障害がプロトン交換膜からの漏出であることを決定することを含み、前記障害を是正することは、
前記漏出を補償するための燃料供給を増加させることと、
前記漏出が修繕されるための点検エラーメッセージを送信することと
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項22】
前記障害を決定することは、前記障害が過剰逆拡散であることを決定することを含み、前記障害を是正することは、反応物の入力を低減させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項23】
前記障害を決定することは、前記障害がアノードにおける気泡形成であることを決定することを含み、前記障害を是正することは、前記気泡を除去するために、水流を促すことまたは水流を増加させることのうちの１つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項24】
前記障害を決定することは、前記障害が不十分な圧縮であることを決定することを含み、前記障害を是正することは、前記不十分な圧縮を補正するための量だけ圧縮を増加させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本願は、その全内容が、あらゆる目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる、２０２０年６月２６日に出願された、インド特許出願第２０２０２１０２７１５８号の優先権の利益を主張する。
（技術分野）
本願は、その全内容が、あらゆる目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる、２０２０年６月２６日に出願された、インド特許出願第２０２０２１０２７１５８号の優先権の利益を主張する。
（技術分野）
【0002】
本開示は、交流電流インピーダンス分光法で導出された信号を使用したプロトン交換膜（ＰＥＭ）スタックシステム等の電気化学システムに関する健全性および性能の監視および制御を対象とする。
【背景技術】
【0003】
電池が電源または負荷のいずれかである電気回路は、唯一の観察可能な症状または測定値が電池の電位またはインピーダンスにおける劣化である化学劣化の影響が生じ得るという点で、問題がある。これは、劣化を生じさせ得る可能な故障モード間で差別化し、劣化条件が恒久的または慢性になる前に劣化条件を是正する方法がないので、劣化条件が生じ、唯一の測定値が電圧である分野において実装されるシステムに関して、問題である。交流電流インピーダンス分光法は、異なる故障モードを決定するために、電池の異なる周波数応答を分析するように、実験室設定において使用されることができる。しかしながら、この分野における用途に関して、実験装置は、それが常習的ではないので、使用されないこともあり、それがキロワットまたはさらにメガワットスケールで使用された場合、実験室信号発電機から結果として生じるリップルは、それが許可されない顧客の使用事例に非常に影響を及ぼすことになるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実施形態によると、交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法方法が、パワーエレクトロニクスから電気化学デバイスの中にＡＣインピーダンス分光法リップルを提供するステップと、パワーエレクトロニクスにおいてリップルを吸収するステップとを含む。
【0005】
別の実施形態によると、交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法システムが、ＡＣ分割バスによってＡＣ電源に、ＤＣバスによって直流ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続可能な力率補正（ＰＦＣ）整流器を含む。ＰＦＣ整流器は、ＡＣ分割バスのそれぞれのＡＣバスに電気的に接続可能である複数の電力インバータと、ＤＣリンク中点において中央ＤＣバスによって複数の電力インバータと並列に電気的に接続された第１のコンデンサおよび第２のコンデンサと、中央ＤＣバスによってＤＣリンク中点に電気的に接続され、ＤＣバスによって直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータに電気的に接続可能である補助電力コンバータとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
種々の図面における類似の基準記号が、類似の要素を示す。
【0014】
本実施形態は、ここで、例示的実施形態が示される、付随の図を参照して、より完全に以降で説明されるであろう。しかしながら、前述は、多くの異なる形で具現化され得、本明細書に記載される例示的実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。全ての流体流が、別様に規定されない限り、導管（例えば、パイプおよび／またはマニホールド）を通して流れ得る。
【0015】
本明細書に述べられた全ての文書が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。単数形でのアイテムの参照が、明示的に別様に記述されない、または文脈から明白ではない限り、複数形のアイテムを含む、およびその逆であると理解されたい。文法的接続詞が、別様に記述されない、または文脈から明白ではない限り、あらゆる離接的および接続的組み合わせの等位接続された節、文、単語、および同等物を表すことが意図される。したがって、用語「または」は、概して、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を意味すると理解されるべきであり、用語「および（ａｎｄ）」は、概して、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を意味することを理解されたい。
【0016】
本明細書の値の範囲の列挙は、別様に本明細書に示されない限り、限定的であることを意図せず、代わりに、範囲内に該当するあらゆる値を個々に参照し、そのような範囲内の各別個の値は、これが本明細書に個々に列挙される場合と同様に本明細書に組み込まれる。単語「約（ａｂｏｕｔ）」、「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、または同等物は、数値に付随するとき、意図される目的のために満足の行くように動作することが、当業者によって理解されるように、任意の逸脱を含むものとして解釈される。値および／または数値の範囲が、実施例のみとして本明細書に提供され、説明される実施形態の範囲に関する限界を構成しない。あらゆる実施例または例示的言語（「例えば（ｅ．ｇ．，）」、「等（ｓｕｃｈ ａｓ）」、または同等物）の使用は、単に、実施形態をより良好に解明することを意図しており、それらの実施形態の範囲に関する限界を課さない。本明細書におけるいかなる言語も、任意の非請求項要素を開示される実施形態の実践に不可欠なものとして示すように解釈されるべきではない。
【0017】
本明細書に説明される実施形態は、電気化学電池（例えば、バッテリ、フローバッテリ、燃料電池、電解槽電池、水素ポンピング電池、酸素ポンピング電池）、太陽電池、モータ、発電機、および他の半導体接合ベースの電池等の電池を含み得る、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池発電機、ＰＥＭ電解槽、他のＰＥＭユニット、ならびに／もしくは他の電気化学システム等の電気化学システムの電源および／または電気負荷としての「電池」に言及する。いくつかの実施形態では、電源としての電池が、電気透析電池等の電気または電気化学アンモニア合成電池、電気または電気化学金属有機骨格電池（ＭＯＦ電池）水コンデンサ、電気または電気化学酸素、窒素、もしくは空気浄化機、電気または電気化学水ポリッシャを含み得る。いくつかの実施形態では、電気負荷としての電池が、顧客負荷（例えば、建物の電気システム、設備、環境条件付けシステム、機械、コンピュータネットワーク等）、水素ポンピング電池、および酸素発生電池、ＭＯＦ電池等を含み得る。そのようなＰＥＭ電解槽電池の実施例が、Ｂａｌｌａｎｔｉｎｅ ｅｔ ａｌ．による、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＡＭＭＯＮＩＡ ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ」と題された、米国特許出願第１７／１０１，２２４号、Ｂａｌｌａｎｔｉｎｅ ｅｔ ａｌ．による、「ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ， ＭＯＤＵＬＥＳ， ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＨＹＤＲＯＧＥＮ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥＲＥＯＦ」と題された、米国特許出願第１７／１０１，２３２号、Ｌｉｇｈｔ ｅｔ ａｌ．による、「ＭＯＤＵＬＡＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＨＹＤＲＯＧＥＮ ＡＮＤ ＡＭＭＯＮＩＡ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＷＩＴＨＯＵＴ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＴＥＲ ＩＮＰＵＴ ＦＲＯＭ ＣＥＮＴＲＡＬ ＳＯＵＲＣＥ」と題された、米国仮特許出願第６３／０５７，４０６号（これらの参考文献の全内容はそれぞれ、参照することによって本明細書に組み込まれる）において説明される。
【0018】
本明細書の実施形態および実施例が、解説の明確さおよび容易さのために、ＰＥＭベースの電解槽スタック（本明細書では、ＰＥＭスタック）を参照して説明され得るが、請求項の範囲および説明の範囲をＰＥＭスタックに限定するものではなく、当業者は、そのような実施形態が他の電池にも同様に適用可能であり得ることを認識するであろう。
【0019】
実施形態が、交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法で導出された信号を使用して、ＰＥＭスタックベースのシステム等の電気化学システムに関する、健全性および制御点を決定するデバイスならびに方法を提供する。そのようなデバイスおよび方法は、ＰＥＭスタックの中に直流（ＤＣ）電力入力を横断する小ＡＣリップルを使用し、結果として生じるインピーダンス波の周波数を読み取ることによって、ＰＥＭスタックの漏出、エラー、劣化、および全体的寿命品質に関して監視されるように構成され得る。いくつかの実施形態では、ＡＣリップルは、周波数のセットを通して掃引し、所定のエラーに対して分析するためにデータを集め得、システムが、エラーをクリアするように補正され得、および／またはエラーが、所有者／顧客に報告され得る。小リップル電流は、ＤＣ電流量より高くなるべきではなく、ＰＥＭスタック動作または寿命に影響を及ぼすべきではない。
【0020】
ＡＣインピーダンス分光法に関する既存の回路配列は、中断されるべき電気化学スタックおよび電圧過渡応答を観察することによって監視されるべきインピーダンスに、またはそれからの電力流動を要求する。本方法は、電力流動の中断を要求することの実質的不利益を有する。さらに、全範囲の周波数スペクトル分析は、本方法を用いては不可能である。
【0021】
ＡＣインピーダンス分光法に関する既存の回路配列はまた、リップルが電気化学スタックバスに印加されるとき、パワーエレクトロニクスの複数の要素が、電力バス上のリップルを相殺するように、１８０度位相がずれて動作される構造を含む。これは、相殺効果を作成するために、複数の回路が動作されることを要求することの実質的不利益を有する。単一スタック回路は、不可能である。
【0022】
本明細書における実施形態が、電力供給源源に戻るリップルが相殺され得る、原位置ＡＣインピーダンス分光法のために構成される、パワーエレクトロニクスハードウェアおよびパワーエレクトロニクス制御を提供する。そのような実施形態は、パワーエレクトロニクスの複数の区画のためのＡＣインピーダンス分光法に関する既存の回路配列の要件が、リップル電流を相殺するように、位相外で動作されることを回避する。
【0023】
本明細書における実施形態が、ＰＥＭ燃料電池発電機、ＰＥＭ電解槽、他のＰＥＭユニット、または他の電気化学システム等の電気化学システムにおける原位置ＡＣインピーダンス分光法の統合を提供し、その場合、ＡＣインピーダンス分光法の特徴が、システム診断および制御のために使用される。
【0024】
図１Ａ－５Ｂは、ＰＥＭ燃料電池発電機、ＰＥＭ電解槽、他のＰＥＭユニット、または他の電気化学システム等の電気化学システムの電力供給源モジュールに位置する、電力供給源エレクトロニクスの種々の実施形態を図示する。電力供給源パワーエレクトロニクスは、規定されたＡＣ電流リップルを作成するように構成され、電池、例えば、電解槽モジュール内のＰＥＭスタック等の電解槽スタックに供給されるＤＣ電流上に重畳され得る。
【0025】
電力供給源源に戻る結果として生じるリップルは、電気化学システムに関する負荷への合致の結果として生じる影響が存在しないように、相殺され得る。いくつかの実施形態では、リップルは、図１Ａ、１Ｂ、３Ａ、および３Ｂを参照してさらに本明細書で説明されるように、リップル相殺パワーエレクトロニクスハードウェアによって相殺され得る。いくつかの実施形態では、リップルは、図２Ａ、２Ｂ、４Ａ、および４Ｂを参照してさらに本明細書で説明されるように、パワーエレクトロニクスのエラー補正ループの内側でリップル相殺制御によって相殺され得る。いくつかの実施形態では、リップルは、図５Ａおよび５Ｂを参照してさらに本明細書で説明されるように、リップル相殺スイッチによって相殺され得る。
【0026】
電解槽スタックまたは電池の群上の電圧が、電力供給源モジュール内および／または電解槽モジュール内のエレクトロニクスによって、監視され得る。リップル周波数における電解槽スタックのフェーザインピーダンスが、誘発電圧リップルと駆動電流リップル信号を比較することによって、決定され得る。異なる周波数における複数のインピーダンスが、駆動電流リップル周波数を変化させることによって、決定され得る。いくつかの実施形態では、駆動電流リップルは、段階的な方式で周波数を通して掃引され得る。いくつかの実施形態では、駆動電流リップルは、具体的周波数において具体的インピーダンスデータを取得するために、個々にまたは小セットで使用される選択された周波数であり得る。
【0027】
インピーダンスデータに基づいて、制御が、電解槽モジュールの性能および寿命時間を改良するために、実行され得る。本明細書に説明されるパワーエレクトロニクスハードウェアおよびパワーエレクトロニクス制御は、電気化学システムの診断または機能制御のために、システムレベル制御を用いて連動して統合され得る。
【0028】
図１Ａおよび１Ｂは、第１の実施形態に従ってリップル相殺のために構成される、力率補正（ＰＦＣ）整流器１０２を含むＡＣインピーダンス分光法のために構成される、パワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂを図示する、回路ブロック図である。図１Ａおよび１Ｂを参照すると、パワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂは、ＰＥＭ燃料電池発電機、ＰＥＭ電解槽、他のＰＥＭユニット、または他の電気化学システム等の電気化学システムに電力を提供するように構成され得る。パワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂは、ＰＦＣ整流器１０２およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を含み得、これは、電源としての電池、および／または電気負荷としての電池（図示せず）等のパワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂの他の構成要素（図示せず）に電気的に結合され得る。パワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂはさらに、ＡＣバス１２１を介して、３相ＡＣを提供し得る、ＡＣ電源１２０を含む、またはそれに電気的に接続可能であり得る。ＡＣ電源１２０は、発電機、電気グリッド、負荷バンク等を含み得る。ＡＣ電源１２０は、複数のインダクタ１２２を介してＰＦＣ整流器１０２電気的に接続可能であり得る。例えば、分割ＡＣバス１２１のバスに電気的に接続可能な少なくとも１つのインダクタ１２２等のインダクタ１２２が、ＡＣ電源１２０の異なる位相出力とＰＦＣ整流器１０２との間で電気的に接続可能であり得る。ＡＣ電源１２０もまた、接地基準１３２に電気的に接続可能であり得る。
【0029】
ＰＦＣ整流器１０２は、電力調整のため、かつＡＣインピーダンス分光法のために構成される種々の構成要素を含み得る。種々の構成要素は、ＡＣ電源１２０に電気的に接続可能であり得る、任意の数の電力インバータ１０６を含み得、電力インバータ１０６等はそれぞれ、分割ＡＣバス１２１のＡＣバスおよび少なくとも１つのそれぞれのインダクタ１２２に電気的に接続可能であり得る。ＰＦＣ整流器１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４に電気的に接続され得る。例えば、電力インバータ１０６は、第１のダイオード１１８ａおよび第２のダイオード１１８ｂ等の少なくとも２つのダイオードを含み得、ＡＣ分割バス１２１のそれぞれのバスが、第１のダイオード１１８ａのアノード端部と第２のダイオード１１８ｂのカソード端部との間で電気的に接続可能であり得る。第１のダイオード１１８ａのカソード端部は、ＤＣバス１２３ａに電気的に接続され得、第２のダイオード１１８ｂのアノード端部は、戻りＤＣバス１２３ｂに電気的に接続され得る。いくつかの実施形態では、ＤＣバス１２３ａおよび戻りＤＣバス１２３ｂは、反対極性を有し得る。
【0030】
いくつかの実施形態では、ハーフブリッジインバータ１１２が、電力インバータ１０６のそれぞれの中に組み込まれ得る。ハーフブリッジインバータ１１２の第１の端部が、第１のダイオード１１８ａのアノード端部と第２のダイオード１１８ｂのカソード端部との間で電気的に接続され得る。したがって、いくつかの実施形態では、ハーフブリッジインバータ１１２の第１の端部は、第１のダイオード１１８ａのアノード端部と第２のダイオード１１８ｂのカソード端部との間で接続される、ＡＣ分割バス１２１のそれぞれのバスに電気的に接続可能であり得る。ハーフブリッジインバータ１１２は、中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され得る。いくつかの実施形態では、中央ＤＣバス１２３ｃは、中立バスであり得る。いくつかの実施形態では、ハーフブリッジインバータ１１２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の反対に配向される対の並列ダイオード１１４ａ、１１４ｂと、トランジスタ１１６ａ、１１６ｂとを含み得る。対の並列ダイオード１１４ａ、１１４ｂおよびトランジスタ１１６ａ、１１６ｂは、トランジスタ１１６ａ、１１６ｂのコレクタ端部に電気的に接続される、ダイオード１１４ａ、１１４ｂのカソード端部と、トランジスタ１１６ａ、１１６ｂのエミッタ端部に電気的に接続される、ダイオード１１４ａ、１１４ｂのアノード端部とを含み得る。第１のダイオード１１４ａのカソード端部および第１のトランジスタ１１６ａのコレクタ端部は、第１のダイオード１１８ａのアノード端部と第２のダイオード１１８ｂのカソード端部との間で並列に電気的に接続され得る。ダイオード１１４ａ、１１４ｂのアノード端部と、トランジスタ１１６ａ、１１６ｂのエミッタ端部とは、バス（例えば、バス１２２）と並列に電気的に接続され得る。トランジスタ１１６ａ、１１６ｂはそれぞれ、バスと並列に電気的に接続されるゲート端部を含み得る。第２のダイオード１１４ｂのカソード端部と、第２のトランジスタ１１６ｂのコレクタ端部とは、中央ＤＣバス１２３ｃと並列に電気的に接続され得る。
【0031】
ＰＦＣ整流器１０２は、中央ＤＣバス１２３ｃに並列に電気的に接続された第１のコンデンサ１０８ａおよび第２のコンデンサ１０８ｂ等の少なくとも２つのコンデンサを含み得る。第１のコンデンサ１０８ａは、カソード端部において中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され、アノード端部においてＤＣバス１２３ａに電気的に接続され得る。第２のコンデンサ１０８ｂは、アノード端部において中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され、カソード端部において戻りＤＣバス１２３ｂに電気的に接続され得る。コンデンサ１０８ａ、１０８ｂは、中央ＤＣバス１２３ｃを介して電力インバータ１０６および／またはハーフブリッジインバータ１１２と並列に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態では、コンデンサ１０８ａ、１０８ｂは、電力インバータ１０６とＰＦＣ整流器１０２の補助電力コンバータ１１０との間のＤＣ電圧をほぼ等しく分割するように構成であり得る。中央ＤＣバス１２３ｃへのコンデンサ１０８ａ、１０８ｂの接続が、ＰＦＣ整流器１０２のＤＣリンクに対して中点（「Ｏ」）であり得る。
【0032】
補助電力コンバータ１１０は、中央ＤＣバス１２３ｃと並列に電気的に接続された第１のコンデンサ１２４ａおよび第２のコンデンサ１２４ｂ等の少なくとも２つの追加のコンデンサを含み得る。第１のコンデンサ１２４ａは、第１の端部においてＤＣバス１２３ａに電気的に接続され、第２の端部において中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され得る。第２のコンデンサ１２４ｂは、第１の端部において中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され、第２の端部において戻りＤＣバス１２３ｂに電気的に接続され得る。コンデンサ１２４ａ、１２４ｂは、フィルタインダクタ１２６と並列に電気的に接続され得る。フィルタインダクタ１２６は、第１の端部において中央ＤＣバス１２３ｃに、第２の端部において第２のハーフブリッジインバータに電気的に接続され得る。第２のハーフブリッジインバータは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の対の並列トランジスタ１２８ａ、１２８ｂと、ダイオード１３０ａ、１３０ｂとを有する。対の並列トランジスタ１２８ａ、１２８ｂおよびダイオード１３０ａ、１３０ｂは、ダイオード１３０ａ、１３０ｂのカソード端部に電気的に接続される、トランジスタ１２８ａ、１２８ｂのコレクタ端部と、ダイオード１３０ａ、１３０ｂのアノード端部に電気的に接続される、トランジスタ１２８ａ、１２８ｂのエミッタ端部とを含み得る。第１のトランジスタ１２８ａのコレクタ端部および第１のダイオード１３０ａのカソード端部は、ＤＣバス１２３ａと並列に電気的に接続され得る。第１のトランジスタ１２８ａのエミッタ端部および第１のダイオード１３０ａのアノード端部は、フィルタインダクタ１２６の第２の端部と並列に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ１２８ｂのコレクタ端部および第２のダイオード１３０ｂのカソード端部は、フィルタインダクタ１２６の第２の端部と並列に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ１２８ｂのエミッタ端部および第２のダイオード１３０ｂのアノード端部は、戻りＤＣバス１２３ｂと並列に電気的に接続され得る。
【0033】
ＡＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、ＤＣバス１２３ａと戻りＤＣバス１２３ｂとの間で電気的に接続され得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、電源としての電池、および／または電気負荷としての電池（図示せず）等のパワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂの任意の数および組み合わせの他の構成要素（図示せず）に電気的に接続可能であり得る。
【0034】
いくつかの実施形態では、ＰＦＣ整流器１０２のＤＣリンク中点（「Ｏ」）が、コンデンサ１０８ａ、１０８ｂおよび中央ＤＣバス１２３ｃの接続を提示し得る。コンデンサ１０８ａ、１０８ｂの電荷の状態に応じて、ＤＣリンク中点の可用性は、変動し得る。ＤＣリンク中点が、アクセス可能ではないとき、図１Ｂに示されるように、コンデンサ１２４ａ、１２４ｂは、ＡＣインピーダンス分光法において使用するためのＤＣバス１２３ａおよびＤＣ戻りバス１２３ｂの代わりに、ＤＣ中央バス１２３ｃに能動的に接続され得る。
【0035】
補助電力コンバータ１１０は、例えば、補助電力コンバータ１１０が、規定された大きさおよび位相角度を用いてＤＣリンクから無効電力のみを引き込み得るような方法で、トランジスタ１３０ａ、１３０ｂの制御を通して、切り替えられ得る。ＤＣリンクから補助電力コンバータ１１０によって引き込まれる電流は、ＰＦＣ整流器１０２のＤＣリンクからＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって引き込まれるリップル電流を補償するために制御され得る。いくつかの実施形態では、トランジスタ１２８ａ、１２８ｂおよびダイオード１３０ａ、１３０ｂの制御は、任意の数および組み合わせのコントローラ（図示せず）を使用して、実装され得る。
【0036】
図２Ａおよび２Ｂは、第２の実施形態による、リップル相殺のためのＰＦＣ整流器のデジタル制御２０２を含む、ＡＣインピーダンス分光法のために構成されるパワーエレクトロニクスハードウェア２００および制御２１０を図示する、回路ブロックおよび制御フロー図である。図１Ａ－２Ｂを参照すると、接地基準１３２、ＡＣ電源１２０、インダクタ１２２、電力インバータ１０６、ダイオード１１８ａ、１１８ｂ、ハーフブリッジインバータ１１２、コンデンサ１０８ａ、１０８ｂ、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を含む、図２Ａおよび図１Ａおよび１Ｂにおける同様の参照番号は、同様に説明され得る。ハーフブリッジインバータ１１２の構成要素に関する参照番号は、図面の簡略化および明確さの目的のために省略されている。しかしながら、図１Ａおよび１Ｂに図示され、参照して説明されるような、ダイオード１１４ａ、１１４ｂおよびトランジスタ１１６ａ、１１６ｂ等のハーフブリッジインバータ１１２の構成要素は、図２Ａおよび２Ｂを参照して同様に説明され得る。
【0037】
いくつかの実施形態では、ＡＣインピーダンス分光法のために構成されるパワーエレクトロニクスハードウェア２００の制御は、任意の数および組み合わせのコントローラ（図示せず）によって実装され得る。例えば、コントローラが、ＡＣ電源１２０から信号（「Ａ」）を、インダクタ１２２から信号（「Ｂ」）を、かつコンデンサ１０８ａ、１０８ｂから信号（「Ｃ」および「Ｄ」）を受信し得る。信号（Ａ－Ｄ）は、ＡＣ電源１２０、インダクタ１２２、およびコンデンサ１０８ａ、１０８ｂ毎の電圧および／または電流レベルを表し得る。コントローラは、例えば、図２Ｂに図示されるように、ＡＣインピーダンス分光法のために構成されるパワーエレクトロニクスハードウェア２００の制御を実装するために、信号（Ａ－Ｄ）を使用し得る。
【0038】
ＰＦＣ整流器２０２では、電流ループが、電流基準コマンドを事実上追跡するために、高い（例えば、数ｋＨｚ）帯域幅において動作され得る。典型的には、ＤＣバス電圧制御ループが、例えば、適切な電流基準コマンド（例えば、「ＳＡ」、「ＳＢ」、「ＳＣ」）を提供することによって、ＡＣ電源１２０（「Ａ」）および／またはインダクタ１２２（「Ｂ」）において、正弦波グリッド電流を維持するためのより低い帯域幅を有するであろう。換言すると、ＤＣバス電圧ループ帯域幅は、電流ループと比較されるとき、より低くなるであろう。より高いおよび低い帯域幅は、基本的な機器の電力定格に相対的かつ依存する。
【0039】
ＰＦＣ整流器２０２のＤＣリンク上のリップル電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４においてＡＣインピーダンス分光法に関するコンバータ摂動に起因して、電圧コントローラの入力エラー信号において現れ得る。電圧コントローラエラー入力が、低周波数信号（例えば、その周波数の信号が、電圧ループ帯域幅に近いまたはそれより高い、特に、約電圧ループ帯域幅である）を含むとき、エラー信号におけるリップル部分が、電圧コントローラの出力に到達し得る。これは、電流基準コマンドに望ましくない周波数成分を追加する。電流コントローラが、基準コマンドの適切な追跡を確実にし得、これは、ＡＣ電源１２０等の電力グリッドの中に（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４によって注入される周波数摂動に関連する）より低い周波数信号の注入をもたらし得る。
【0040】
グリッドへの低周波数成分の注入を軽減するために、コントローラが、ＡＣインピーダンス分光法に関する既知の電気量および注入された摂動に基づいて、ＤＣリンクリップル電圧を推定または見出し得る、もしくはコントローラは、ＤＣリンク上のリップル電圧を追跡し得る。コントローラは、ＤＣリンク電圧コントローラ等のコントローラに、感知されたＤＣリンク電圧信号またはエラー入力からリップル成分を除去し得る。これは、ＤＣリンクにおける摂動された電圧リップルの伝搬が電流コントローラ等のコントローラに到達しないように防止し、かつグリッドの中への低周波数成分の注入を事実上防止し得る。
【0041】
コントローラは、感知されたＤＣリンク電圧信号またはエラーからリップル成分を除去するために、いくつかの動作を実装し得る。例えば、コントローラは、ＡＣ電源１２０から信号（「Ａ」）を、インダクタ１２２から信号（「Ｂ」）を、かつコンデンサ１０８ａ、１０８ｂから信号（「Ｃ」および「Ｄ」）を受信し得る。これらの信号（Ａ－Ｄ）が、それぞれの構成要素における電圧信号であり得る。コントローラは、例えば、信号（ＣおよびＤ）の総電圧および電圧差を発生させるために、信号（ＣおよびＤ）を合計し得る（２１２ａ、２１２ｈ）。コントローラはまた、３つの位相信号（ＡおよびＢ）を受信し、２軸基準フレームにおける電圧および電流成分（例えば、ｄ－ｑ）に３つの位相信号を変換し得る（２１８ａ、２１８ｂ）。ハードウェアゼロ交差またはデジタル位相ロックループ動作２２４が、電圧および電流成分に３つの位相信号を変換する（２１８ａ、２１８ｂ）ための角度周波数を決定し得る。電圧センサレス制御が、グリッド位相角度または角度周波数を決定するために使用されることができる。
【0042】
総電圧はさらに、実電圧成分を発生させるために、無効電圧成分と合計され得る（２１２ｂ）。実電圧成分は、実電圧の電圧差を発生させるために、基準実電圧成分と合計され得（２１２ｃ）、これは、対応する基準電流を発生させるために、（例えば、比例および積分（「ＰＩ」）演算によって）変換され得る（２１４ａ）。
【0043】
２軸基準フレームにおける基準電流が、電流差を発生させるために、３位相信号（Ｂ）から変換される２軸基準フレームにおける電流成分と合計され得（２１２ｄ、２１２ｆ）、その差異２１４ｂ、２１４ｃ（例えば、ＰＩ動作によって）が、発生され得る。いくつかの実施形態では、無効電力電流と合計される（２１２ｆ）無効電力基準電流が、ゼロに等しくてもよい。差異は、２軸基準フレームにおける値を発生させるために、３位相信号（Ａ）から変換される２軸基準フレームにおける電圧成分の部分と合計され得る（２１２ｅ、２１２ｇ）。信号（ＣおよびＤ）の電圧差は、値が第３の軸基準において（例えば、ＰＩ動作によって）発生され得る（２１４ｄ）ことの結果から、ゼロ値と合計され得る（２１２ｉ）。結果として生じる値は、受信した信号（ＡおよびＢ）の３軸基準フレームにおける値に変換され得る（２１６）。３軸基準フレームにおける値は、ＰＦＣ整流器２０２に提供され得る、電流基準コマンド（例えば、「ＳＡ」、「ＳＢ」、「ＳＣ」）を発生させるために、基準電圧によって増強（２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ）および変換され得る（２２２）（例えば、向上されたパルス幅変調（「ｅＰＷＭ」）動作によって）。
【0044】
ＡＣ電源が、電気化学電池等の電池または発電機であり、パワーエレクトロニクスが本電力を負荷に通過させ、パワーエレクトロニクスが、電池、デバイス、電気化学電池、または発電機上の供給された電流における摂動、リップル、または正弦波を与える、いくつかの実施形態では、電池または発電機の電圧の監視によって、摂動、リップル、または正弦波の周波数におけるそのアイテムのインピーダンスが、決定され得るようなものである。さらに、パワーエレクトロニクスは、負荷に給電するように給送装置の中に下流を通過しないように、摂動、リップル、または正弦波の直接相殺を生じさせるように構成され得る。
【0045】
図３Ａおよび３Ｂは、第２の実施形態によるリップル相殺のために構成される電力インバータを含む、ＡＣインピーダンス分光法のために構成されるパワーエレクトロニクスハードウェア３００ａ、３００ｂを図示する、回路ブロック図である。図１Ａ－３Ｂを参照すると、接地基準１３２、ＡＣ電源１２０、インダクタ１２２、電力インバータ１０６、コンデンサｌ０８ａ、１０８ｂ、補助電力コンバータ１１０、コンデンサ１２４ａ、１２４ｂ、フィルタインダクタ１２６、トランジスタ１２８ａ、１２８ｂ、ダイオード１３０ａ、１３０ｂ、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を含む、図３Ａおよび３Ｂ、ならびに図１Ａ－２Ｂにおける同様の参照番号は同様に、説明され得る。
【0046】
電力インバータ１０６は、図ｌＡおよび１Ｂに示される第１の実施形態のダイオード１１８ａおよび１１８ｂの代わりに、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の少なくとも２つの対の並列トランジスタ３０８ａ、３０８ｂと、ダイオード３１０ａ、３１０ｂとを含み得る。対の並列トランジスタ３０８ａ、３０８ｂおよびダイオード３１０ａ、３１０ｂは、それぞれのダイオード３１０ａ、３１０ｂのカソード端部に電気的に接続されるトランジスタ３０８ａ、３０８ｂのコレクタ端部と、それぞれのダイオード３１０ａ、３１０ｂのアノード端部に電気的に接続されるトランジスタ３０８ａ、３０８ｂのエミッタ端部とを含み得る。第１のトランジスタ３０８ａのコレクタ端部および第１のダイオード３１０ａのカソード端部は、ＤＣバス１２３ａと並列に電気的に接続され得る。第１のトランジスタ３０８ａのエミッタ端部および第１のダイオード３１０ａのアノード端部は、ＡＣ分割バス１２１のそれぞれのバスと並列に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ３０８ｂのコレクタ端部および第２のダイオード３１０ｂのカソード端部は、ＡＣ分割バス１２１のそれぞれのバスと並列に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ３０８ｂのエミッタ端部および第２のダイオード３１０ｂのアノード端部は、戻りＤＣバス１２３ｂと並列に電気的に接続され得る。
【0047】
いくつかの実施形態では、ハーフブリッジインバータ３０２が、電力インバータ１０６のそれぞれの中に組み込まれ得る。ハーフブリッジインバータ３０２の第１の端部が、第１のトランジスタ３０８ａのエミッタ端部と第１のダイオード３１０ａのアノード端部との間、および第２のトランジスタ３０８ｂのコレクタ端部と第２のダイオード３１０ｂのカソード端部との間で電気的に接続され得る。したがって、いくつかの実施形態では、ハーフブリッジインバータ３０２の第１の端部は、第１のトランジスタ３０８ａのエミッタ端部と第１のダイオード３１０ａのアノード端部との間、および第２のトランジスタ３０８ｂのコレクタ端部と第２のダイオード３１０ｂのカソード端部との間で電気的に接続される、ＡＣ分割バス１２２のそれぞれのバスに電気的に接続可能であり得る。ハーフブリッジインバータ３０２の第２の端部は、中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され得る。いくつかの実施形態では、中央ＤＣバス１２３ｃは、中立バスであり得る。いくつかの実施形態では、ハーフブリッジインバータ３０２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の対の並列トランジスタ３０６ａ、３０６ｂと、ダイオード３０４ａ、３０４ｂとを含み得る。対の並列トランジスタ３０６ａ、３０６ｂおよびダイオード３０４ａ、３０４ｂは、ダイオード３０４ａ、３０４ｂのカソード端部に電気的に接続されるトランジスタ３０６ａ、３０６ｂのコレクタ端部と、ダイオード３０４ａ、３０４ｂのアノード端部に電気的に接続されるトランジスタ３０６ａ、３０６ｂのエミッタ端部とを含み得る。第１のトランジスタ３０６ａのコレクタ端部および第１のダイオード３０４ａのカソード端部は、第１のトランジスタ３０８ａのエミッタ端部と第１のダイオード３１０ａのアノード端部との間、および第２のトランジスタ３０８ｂのコレクタ端部と第２のダイオード３１０ｂのカソード端部との間で並列に電気的に接続され得る。第１のトランジスタ３０６ａのエミッタ端部および第１のダイオード３０４ａのアノード端部は、バスと並列に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ３０６ｂのコレクタ端部および第２のダイオード３０４ｂのカソード端部は、バスと並列に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ３０６ｂのエミッタ端部および第２のダイオード３０４ｂのアノード端部は、中央ＤＣバスに並列に電気的に接続され得る。トランジスタ３０６ａ、３０６ｂはそれぞれ、バスと並列に電気的に接続されるゲート端部を含み得る。
【0048】
パワーエレクトロニクスハードウェア３００ａ、３００ｂのコンデンサ１０８ａ、１０８ｂは、中央ＤＣバス１２３ｃと並列に電気的に接続され得る。第１のコンデンサ１０８ａは、カソード端部において中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され得、第２のコンデンサ１０８ｂは、アノード端部において中央ＤＣバス１２３ｃに電気的に接続され得る。コンデンサ１０８ａ、１０８ｂは、中央ＤＣバス１２３ｃを介して電力インバータ１０６および／またはハーフブリッジインバータ３０２と並列に電気的に接続され得る。
【0049】
電力インバータ１０６に関するパワーエレクトロニクスハードウェア３００ａ、３００ｂにおける能動的リップル緩和は、図１Ａおよび１ＢにおいてＰＦＣ整流器１０２に関して提示されるものと同一であり得る。ＤＣリンク中点（「Ｏ」）が、アクセス可能ではないとき、コンデンサ１２４ａ、１２４ｂは、仮想ＤＣリンク中点を作成し得、コンデンサ１２４ａ、１２４ｂを横断する、ｄｃバス電圧に近い、広い電圧変動が、容認可能であり得る。ＤＣバス１２３ａから補助電力コンバータ１１０によって引き込まれる、リップル電流量および位相角度を制御することによって、コンデンサ１０８ａ、１０８ｂを横断する電圧リップルが、異なる力率において全てのインバータ負荷条件に関して軽減され得る。いくつかの実施形態では、トランジスタ３０８ａ、３０８ｂ、１３０ａ、１３０ｂの制御は、任意の数および組み合わせのコントローラ（図示せず）を使用して、実装され得る。
【0050】
図４Ａおよび４Ｂは、第２の実施形態によるリップル相殺のための電力インバータのデジタル制御を含む、ＡＣインピーダンス分光法のために構成されるパワーエレクトロニクスハードウェア４００および制御４１０を図示する、回路ブロックおよび制御フロー図である。図１Ａ－４Ｂを参照すると、接地基準１３２、ＡＣ電源１２０、インダクタ１２２、電力インバータ１０６、トランジスタ３０８ａ、３０８ｂ、ダイオード３１０ａ、３１０ｂ、ハーフブリッジインバータ３０２、コンデンサ１０８ａ、１０８ｂ、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を含む、図４Ａおよび図１Ａ－２Ａ、３Ａ、ならびに３Ｂにおける同様の参照番号は、同様に説明され得る。ハーフブリッジインバータ３０２の構成要素に関する参照番号は、図面の簡略化および明確性の目的のために省略されている。しかしながら、図３Ａおよび３Ｂを参照して図示および説明されるような、ダイオード３０４ａ、３０４ｂおよびトランジスタ３０６ａ、３０６ｂ等のハーフブリッジインバータ３０２の構成要素は、図４Ａおよび４Ｂを参照して同様に説明され得る。
【0051】
図２Ａおよび２ＢにおけるＰＦＣ整流器１０２に関して提示されるリップル緩和のデジタル制御２１０は、図４Ａにおける電力インバータ１０６のデジタル制御４１０に関して拡張され得る。インバータ１０６は、２レベルまたはマルチレベルインバータであり得る。デジタル制御４１０に関する制御アーキテクチャは、２つの電流基準（有効電力に関するものおよび無効電力に関するもの）が存在し得ることを除いて、デジタル制御２１０に関する制御アーキテクチャと同一であり得る。ＤＣリンクにおけるリップルは、図４Ａにおけるインバータ１０６と、図２ＡにおけるＰＦＣ整流器１０２との両方において、有効電力に関する電流基準に伝搬し得る。有効電力と合計された２１２ｆ等のＰＦＣ整流器１０２における無効電力は、常時、図４Ｂにおいてゼロであり得る。有効および無効電力は、独立し、インバータ１０６に対して正または負のいずれかであり、その場合、双方向電力流が、可能性として考えられ得る。
【0052】
図５Ａおよび５Ｂは、代替実施形態による、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８と、リップル相殺を伴うＡＣインピーダンス分光法のために構成されるスイッチの補償セットとを含む、パワーエレクトロニクスハードウェア５００を図示する、回路ブロック図である。図１Ａ－５Ｂを参照すると、パワーエレクトロニクスハードウェア５００は、スイッチの補償セットを含み得、その実施例が、ＡＣインピーダンス分光法によって、電源としての電池および／または電力負荷としての電池の中に作成ならびに注入されるリップルをオフセットするように構成される、図５Ｂに図示される。
【0053】
パワーエレクトロニクスハードウェア５００は、ＡＣ電源５０２（例えば、図１Ａ－２Ａおよび３Ａ－４ＡにおけるＡＣ電源１２０）に電気的に接続可能であり得る、ＰＦＣ整流器５０４（例えば、図１Ａ－２Ａおよび３Ａ－４ＡにおけるＰＦＣ整流器１０２）を含み得る。パワーエレクトロニクスハードウェア５００はさらに、並列で少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ５０６、５０８にＰＦＣ整流器５０４を電気的に接続する第１のＤＣバス５１６を含み得る。いくつかの実施形態では、第１のＤＣバス５１６は、約８００Ｖバスであり得る。いくつかの実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６（例えば、図１Ａ－２Ａおよび３Ａ－４ＡにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０４）は、負荷５１４として電池に電気的に接続可能であり得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６、５０８は、単一ＡＣ信号、段階ＡＣ信号、電圧において変動し得る、持続範囲のＡＣ信号等の任意の数および組み合わせのＡＣ信号を発生させるために構成される、ＡＣ掃引発電機５１０に電気的に接続され得る。ＡＣ掃引発電機５１０によって発生されるＡＣ信号は、負荷５１４として電池のインピーダンスを測定するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６によって使用され得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８は、第２のＤＣバス５１８を介して、アノード端部において分割ＤＣバス５１６に、かつカソード端部においてコンデンサ５１２に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態では、第２のＤＣバス５１８は、約４００Ｖバスであり得る。
【0054】
図５Ｂを参照して説明される、いくつかの実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の少なくとも２つの対の並列トランジスタ５２０ａ、５２０ｂと、ダイオード５２２ａ、５２２ｂとを含み得る。対の並列トランジスタ５２０ａ、５２０ｂおよびダイオード５２２ａ、５２２ｂは、ダイオード５２２ａ、５２２ｂのカソード端部に電気的に接続されるトランジスタ５２２ａ、５２２ｂのコレクタ端部と、ダイオード５２２ａ、５２２ｂのアノード端部に電気的に接続されるトランジスタ５２０ａ、５２０ｂのエミッタ端部とを含み得る。第１のトランジスタ５２０ａのエミッタ端部および第１のダイオード５２２ａのアノード端部は、ＤＣバス５１６のＤＣ戻りバス等のＤＣバス５１６と並列に電気的に接続され得る。第１のトランジスタ５２０ａのコレクタ端部および第１のダイオード５２２ａのカソード端部は、インダクタ５１４の第１の端部として、リップル排除インダクタ等のインダクタ５１４と並列に電気的に接続され得る。インダクタ５１４は、第２の端部において、第２のＤＣバス５１８を介してコンデンサ５１２のアノード端部に電気的に接続され得る。第２のＤＣバス５１８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８からリップルを除去するために使用され得、任意の能動的電力を搬送しなくてもよい。コンデンサ５１２は、カソード端部において、ＤＣバス５１６のＤＣ戻りバス等のＤＣバス５１６に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ５２０ｂのエミッタ端部および第２のダイオード５２２ｂのアノード端部は、インダクタ５１２の第１の端部と並列に電気的に接続され得る。第２のトランジスタ５２０ｂのコレクタ端部および第２のダイオード５２２ｂのカソード端部は、ＤＣバス５１６と並列に電気的に接続され得る。ＡＣ掃引発電機５１０によって発生されるＡＣ信号は、バイアス信号を発生させるためにＤＣ／ＤＣコンバータ５０６のバイアスによって測定されたインピーダンスに対して比較され得る、インピーダンスを発生させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８によって使用され得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８は、測定されたインピーダンスに対する基底が形成される、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６との比較である、双方向コンバータであり得る。コンデンサ５１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８からリップルを除去する。
【0055】
いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂ、２００、３００ａ、３００ｂ、４００、および５００は、一方向であり得る。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂ、２００、３００ａ、３００ｂ、４００、および５００は、双方向であり得る。
【0056】
一実施形態では、交流電流（ＡＣ）インピーダンス分光法方法が、パワーエレクトロニクスから電気化学デバイスの中にＡＣインピーダンス分光法リップルを提供するステップと、パワーエレクトロニクスにおいてリップルを吸収するステップとを含む。
【0057】
一実施形態では、ＡＣインピーダンス分光法リップルは、ＡＣインピーダンス分光法リップルが、電気化学デバイスの動作を中断しないように、動作電流または電圧が、電気化学デバイスへ、またはそれから提供されながら、電気化学デバイスの中にパワーエレクトロニクスから提供される。
【0058】
一実施形態では、電気化学デバイスは、電気化学スタックを備え、電気化学スタックの異なる部分のインピーダンスは、別個に測定され、互いにまたは基準または平均インピーダンス値と比較される。本方法はまた、電気化学スタックの部分における障害を決定するステップと、障害を含む電気化学スタックの部分を電気的にバイパスするステップとを含み得る。電気化学スタックは、プロトン交換膜（ＰＥＭ）電解槽スタックを備えてもよい。
【0059】
一実施形態では、パワーエレクトロニクスは、ＡＣ分割バスのそれぞれのＡＣバスに電気的に接続可能である複数の電力インバータと、ＤＣリンク中点において中央ＤＣバスによって複数の電力インバータと並列に電気的に接続された第１のコンデンサおよび第２のコンデンサと、中央ＤＣバスによってＤＣリンク中点に電気的に接続され、ＤＣバスによって直流（ＤＣ）／ＤＣコンバータに電気的に接続可能な補助電力コンバータとを備えている。一実施形態では、補助電力コンバータは、ＡＣインピーダンス分光法リップルを相殺するために、ＤＣリンクから無効電力量を引き込むように構成される。一実施形態では、本方法はまた、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサにおける電圧に基づいて、ＤＣリンクのＡＣインピーダンス分光法リップル電圧を測定するステップと、ＤＣリンクからリップル電圧を除去するように構成されるＤＣリンクに、相殺リップルを注入するステップとを含む。
【0060】
図６に関して、方法６００はまた、パワーエレクトロニクスから変化する周波数においてＡＣ電圧を出力するステップと、プロトン交換膜（ＰＥＭ）スタックを備えている電気化学デバイスの変化する周波におけるインピーダンスを測定するステップと、測定されたインピーダンスが、変化する周波数のうちの第１の周波数におけるＡＣ電圧に関して、閾値を超えているかどうかを決定するステップと、測定されたインピーダンスが、第１の周波数におけるＡＣ電圧に関する閾値を超えることを決定することに応答して、第１の周波数におけるＡＣ電圧に関連付けられた障害を決定するステップと、障害を是正するステップとを含み得る。
【0061】
図６は、ある実施形態による、モジュール式電解システムのインピーダンス監視の例示的方法６００を図示する、プロセスフロー図である。図１Ａ－５Ｂを参照すると、方法６００は、専用ハードウェア、プロセッサ（例えば、コントローラ）にソフトウェアの命令を実行させるように構成されるソフトウェア、および／またはプロセッサ上で実行する専用ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせで実装され得る。ソフトウェアは、揮発性メモリ（例えば、キャッシュ、ランダムアクセスメモリ、バッファ等）または不揮発性メモリ（固定またはリムーバブル記憶メモリ、ディスクメモリ、ソリッドステートメモリ等）等の非一過性プロセッサ可読媒体上に記憶され、実行のためにプロセッサにロードされ得る。例えば、方法６００は、他の個々の構成要素と、種々のメモリ／キャッシュコントローラとを含む、ＡＣインピーダンス分光法システム（例えば、図１Ａ－２Ａ、３Ａ－４Ａ、５Ａ、および５Ｂにおけるパワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂ、２００、３００ａ、３００ｂ、４００、および５００、図２Ｂおよび４Ｂにおけるパワーエレクトロニクスハードウェア制御２１０、４１０）内でソフトウェアを実行するプロセッサ（例えば、コントローラ）として、実装され得る。代替構成が種々の実施形態において可能にされることを包含するために、方法６００を実装するハードウェアは、本明細書では「処理デバイス」と称される。
【0062】
ブロック６０２では、処理デバイスは、変化する周波数においてＡＣ電圧を発生および出力させてもよい。処理デバイスは、種々のハードウェア構成要素（例えば、図１Ａ－２Ａにおけるトランジスタ１１６ａ、１１６ｂ、図３Ａ－４Ａにおけるトランジスタ３０６ａ、３０６ｂ、３０８ａ、３０８ｂ、および／または図５ＡにおけるＡＣ掃引発電機５１０）が変化する周波数においてＡＣ電圧を発生および出力することを制御し得る。処理デバイスは、好ましい周波数のセットまたは周波数の全体スペクトルを通して、掃引する。いくつかの実施形態では、ＡＣ電圧周波数は、約ＩＨｚ～約１０ｋＨｚであり得る。摂動の最大周波数が、パワーエレクトロニクスコンバータ（例えば、図１Ａ－２Ａおよび３Ａ－４ＡにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、図１Ａ、１Ｂ、３Ａ、および３Ｂにおける補助電力コンバータ１１０、および／または図５ＡにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ５０６）の帯域幅内にあり得る。
【0063】
ブロック６０４では、処理デバイスは、変化する周波数におけるＡＣ電圧の出力から生じるインピーダンスを測定し得る。処理デバイスは、電源としての電池および／または負荷としての電池等の規定されたシステムを経由するＡＣ電圧の結果として生じるインピーダンスの測定を行なってもよい。測定が、パワーエレクトロニクスコンバータ（例えば、図１Ａ－２Ａおよび３Ａ－４ＡにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、図１Ａ、１Ｂ、３Ａ、および３Ｂにおける補助電力コンバータ１１０、図５ＡにおけるＤＣ／ＤＣコンバータ５０６）等のＡＣインピーダンス分光法システム（例えば、図１Ａ－２Ａ、３Ａ－４Ａ、５Ａ、および５Ｂにおけるパワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂ、２００、３００ａ、３００ｂ、４００、および５００、図２Ｂおよび４Ｂにおけるパワーエレクトロニクスハードウェア制御２１０、４１０）の異なる場所において、電圧および電流を監視することによって、処理デバイスによって行なわれ得る。
【0064】
決定ブロック６０６では、処理デバイスは、インピーダンスの測定がＡＣ電圧周波数に関する閾値を超えているかどうかを決定し得る。処理デバイスは、データ構造またはデータベース内等に相互と関連して記憶されるメモリから、ＡＣ電圧周波数に関するインピーダンスの閾値値にアクセスおよび読み出され得る。処理デバイスは、インピーダンスの測定がＡＣ電圧周波数に関する閾値を超えているかどうかを決定するために、ＡＣ電圧周波数に関するインピーダンスの閾値値とＡＣ電圧周波数に関するインピーダンスの測定を比較し得る。
【0065】
インピーダンスの測定が、ＡＣ電圧周波数に関する閾値を超えないことを決定することに応答して（すなわち、決定ブロック６０６＝「いいえ」）、処理デバイスは、ブロック６０２において、変化する周波数におけるＡＣ電圧を発生および出力させてもよい。インピーダンスの測定が、ＡＣ電圧周波数に関する閾値を超えることを決定することに応答して（すなわち、決定ブロック６０６＝「はい」）、処理デバイスは、ブロック６０８において、ＡＣ電圧周波数に関連付けられた障害を決定およびハンドリングし得る。処理デバイスは、データ構造またはデータベース内等に相互と関連して記憶されるメモリから、障害タイプ、ＡＣ電圧周波数に関する障害等を是正または対処するためのプロセスを含む、障害情報にアクセスし、そこから読み出し得る。処理デバイスは、障害を是正または対処するためのプロセスを実装し得る。
【0066】
以下は、異なる電圧周波数に関して障害を是正するための障害およびプロセスの非包括的実施例である。例えば、第１の電圧周波数に関連付けられた障害は、ＰＥＭのドライアウト検出を含み得、障害は、処理デバイスが、ＰＥＭを適切に加湿および湿潤させるために、ＰＥＭスタックへの入口流含水量を増加させるために、加湿機能における増加を生じさせることによって、ハンドリングされ得る。いくつかの実施形態では、障害が生じる度に、処理デバイスは、ＰＥＭスタック内および／または周囲の環境を考慮し得、ますますより頻繁におよび／またはより高いレベルにおいて、加湿プロセスを実行し得る。一実施形態では、デッドエンドのＰＥＭスタックの流れ方向は、ＰＥＭドライアウトが、約１ｋＨｚの範囲内のインピーダンスを介して検出されるとき、処理デバイスによって逆転され得る（入口－出口は、出口－入口に逆転する）。
【0067】
別の実施例では、第２の電圧周波数に関連付けられた障害は、ＰＥＭの被毒を含み得る。入力成分（例えば、水、純酸素）内に不純物が存在し、かつＰＥＭが毒される障害は、生じる場合、電池インピーダンススペクトルにおける変化が、検出され得る。いくつかの実施形態では、処理デバイスは、１つの電極から別の電極への水素ポンピング等の電池活性化サイクル、または電極の酸化／低減サイクルをトリガすることによって、本障害をハンドリングし得る。いくつかの実施形態では、処理デバイスは、水または空気もしくは燃料精製等の電気化学システムにおいて、不純物フィルタリング機構の増加した機能をトリガすることによって、本障害をハンドリングし得る。
【0068】
別の実施例では、第３の電圧周波数に関連付けられた障害は、ＰＥＭのフラッディング（例えば、液体水の蓄積）を含み得、障害は、電池のアノードまたはカソード上等のフラッディングが生じるチャンバのパージをＰＥＭシステム制御に実行させるか、および／またはアノードまたはカソードの再循環率を増加させるかのいずれかを行い、フラッディング条件を排除するように、処理デバイスによってハンドリングされ得る。一実施形態では、フラッディング障害は、１Ｈｚの周波数において、ＰＥＭスタックのインピーダンスを監視することによって、処理デバイスによって検出され得る。
【0069】
別の実施例では、第４の電圧周波数に関連付けられた障害は、ＰＥＭからの漏出を含み得る。ベースラインインピーダンススペクトルと比較して、電気化学システム機能（入力流あたり出力流または出力電力）の間に発散が存在するとき、処理デバイスによって検出される等の漏出が生じる場合、漏出障害は、必要性を網羅するために、電気化学システムにより多くの燃料を調節および供給させる（効率的であるように実行されない）ことによって、処理デバイスによってハンドリングされ得る。処理デバイスは、漏出が修正されるために、点検のためのエラーコードを送信し得る。インピーダンス測定が、正確な漏出が生じた場所を決定するために行なわれ得る。
【0070】
別の実施例では、第５の電圧周波数に関連付けられた障害は、過剰逆拡散を含み得る。電池インピーダンス値と比較して出力の発散が存在するとき、処理デバイスによって検出されるような過剰逆拡散が、生じる場合、電気化学システムは、過剰が起こる理由を評価し、著しく環境に関わる場合、過剰逆拡散障害は、電気化学システムにそれ自体を補正させ、逆拡散を最小限にするために入力反応物使用を減少させることによって、処理デバイスによってハンドリングされ得る。
【0071】
別の実施例では、第６の電圧周波数に関連付けられた障害は、アノード上の気泡形成を含み得る。気泡が、低周波数インピーダンス監視を通して処理デバイスによって検出されるようなアノードプレート上に形成される場合、処理デバイスは、気泡を除去するために、水流を促すまたは増加させることによって本障害をハンドリングし得る。
【0072】
別の実施例では、第７の電圧周波数に関連付けられた障害は、不十分な圧縮を含み得る。処理デバイスは、インピーダンススペクトルが、バルク抵抗が増加したことを示すとき、不十分な圧縮障害を検出し得る。処理デバイスは、条件を補償および補正するために、増加した圧縮によって本障害をハンドリングし得る。
【0073】
ブロック６１０では、処理デバイスは、点検チームに通知を送信し得る。いくつかの実施形態では、処理デバイスは、障害が生じたことの通知を送信し得る。通知は、検出された障害のタイプに関して特有であり、および／または測定されたインピーダンスの電気化学システムにおけるインピーダンス測定、電圧周波数、および／または場所等のＡＣインピーダンス分光法結果を含み得る。いくつかの実施形態では、処理デバイスは、エラーが解決されたおよび／または解決されていないことの通知を送信し得る。いくつかの実施形態では、処理デバイスは、電気化学システム性能上に影響を及ぼすことの通知を送信し得る。
【0074】
いくつかの実施形態では、方法６００のブロックは、持続的に、周期的に、かつ応答可能なように、任意の組み合わせで実装され得る。例えば、ブロック６０２、６０４、６０６は、相互の実装および／または方法６００の他のブロックと並行しても、持続的に実装され得る。
【0075】
いくつかの実施形態では、インピーダンス分光法は、ＰＥＭスタック等の電気化学スタックの部分のインピーダンスを別個に測定するために使用される。例えば、スタックの１つの部分のインピーダンスは、同一スタックの別の部分のインピーダンス、または基準インピーダンスもしくはスタックの平均をインピーダンス値と比較され得る。スタックの部分を横断する差異インピーダンス測定が、より容易にエラーまたは障害を指摘し得る。さらに、インピーダンスの測定に加え、インピーダンスに基づくスタックの一部（すなわち、区分）のトリガ電流バイパスまたは短絡もまた、生じるであろう。これは、より少ない手動点検を要求し、より長い寿命を維持する、より効率的なシステムを提供する。換言すると、ＰＥＭスタックの欠陥部分が、欠陥部分からのエラーインピーダンス測定の場合、電気的にバイパスされ得る。
【0076】
一実施形態では、図１Ａ－２Ａ、３Ａ－４Ａ、５Ａ、および５Ｂにおけるパワーエレクトロニクスハードウェア１００ａ、１００ｂ、２００、３００ａ、３００ｂ、４００、および５００、図２Ｂおよび４Ｂにおけるパワーエレクトロニクスハードウェア制御２１０、４１０は、それらが、電気化学デバイスへ、またはそれから提供されている動作電流または電圧を中断せずに、ＤＣシステムまたは他の非バイポーラシステムの中に設置され得るように、電気化学デバイスの中にＡＣインピーダンス分光法リップルを設置し、リップルを同時に吸収する。一実施形態では、複数の重畳されるリップルまたは矩形波等の複雑な波形のリップルが、単一の注入されたリップル波形を用いる分析に関する複数の周波数を作成するために、提供され得る。
【0077】
種々の実施例（限定ではないが、図１Ａ－６を参照して上記に議論される実施例を含む）もまた、種々の商業的および／または専用統合型または埋込型コンピューティングシステムのいずれか等のコンピューティングシステムに実装され得る。例示的コンピューティングシステム７００が、図７に図示される。そのようなコンピューティングシステム７００は、典型的には、揮発性メモリ７０２および大容量不揮発性メモリ７０４（例えば、ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等）に結合される、１つまたはそれを上回るプロセッサアセンブリ７０１（例えば、コントローラ、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等）を含む。コンピューティングシステム７００はまた、プロセッサアセンブリ７０１に結合される、データポートまたはドライブ７０６（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ディスクドライブ、ＵＳＢポート、シリアルポート等）を含み得る。コンピューティングシステム７００はまた、他のブロードキャストシステムコンピュータおよびサーバに結合されるローカルエリアネットワークまたは広域ネットワーク、インターネット、公衆交換電話ネットワーク、および／またはセルラーデータネットワーク等のネットワーク７０５とネットワークインターフェース接続を確立するためのプロセッサアセンブリ７０１に結合される、ネットワークアクセスポート７０３を含み得る。
【0078】
図１Ａ－７を参照すると、プロセッサアセンブリ７０１は、上記に説明される種々の実施例の機能を含む、種々の機能を実施するために、ソフトウェア命令（アプリケーション）によって構成され得る、任意のプログラマブルマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、または複数のプロセッサチップもしくはチップであり得る。いくつかのデバイスでは、無線通信機能専用のあるプロセッサおよび他のアプリケーションの実行専用のあるプロセッサ等の複数のプロセッサが、提供され得る。典型的には、ソフトウェアアプリケーションは、それらが、プロセッサアセンブリ７０１の中にアクセスおよびロードされる前に、内部メモリ７０２内に記憶され得る。プロセッサアセンブリ７０１は、アプリケーションソフトウェア命令を記憶するために十分な内部メモリを含み得る。多くのデバイスでは、内部メモリ７０２は、フラッシュメモリ等の揮発性または不揮発性メモリ、もしくは両方の混合物であり得る。本説明の目的のために、メモリへの一般的参照が、プロセッサアセンブリ７０１自体内のデバイスおよびメモリ７０２の中に差し込まれる内部メモリ７０２またはリムーバブルメモリを含む、プロセッサアセンブリ７０１によってアクセス可能なメモリを指す。
【0079】
上記のシステム、デバイス、方法、プロセス、および同等物は、本明細書に説明される制御、データ入手、およびデータ処理に好適なハードウェア、ソフトウェア、または任意のこれらの組み合わせにおいて実現され得る。これは、内部および／または外部メモリとともに、１つまたはそれを上回るマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、埋込型マイクロコントローラ、プログラマブルデジタル信号プロセッサ、または他のプログラマブルデバイスもしくは処理回路における実現を含む。これはまた、もしくは代わりに、電子信号を処理するように構成され得る、１つまたはそれを上回る特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイ論理構成要素、または任意の他のデバイスもしくはデバイスを含み得、さらに上記に説明されるプロセスまたはデバイスの実現が、上記のデバイスならびにプロセッサ、プロセッサアーキテクチャの異種組み合わせ、または異なるハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせのうちの１つに実行されるように記憶、コンパイル、または解釈され得る、Ｃ等の構造プログラミング言語、Ｃ＋＋等のオブジェクト指向プログラミング言語、または任意の他の高レベルまたは低レベルプログラミング言語（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、およびデータベースプログラミング言語ならびに技術を含む）を使用して作成された、コンピュータ実行可能コードを含み得ることを理解されるであろう。同時に、処理は、上記に説明される種々のシステム等のデバイスを横断して分散され得る、または機能性の全ては、専用独立型デバイスの中に統合され得る。全てのそのような順列および組み合わせは、本開示の範囲内に該当することが意図される。
【0080】
本明細書に開示される実施形態が、コンピュータ実行可能コードまたはコンピュータ使用可能コードを備えているコンピュータプログラム製品を含み、１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス上で実行するとき、上記に説明される制御システムのステップのいずれかおよび／または全てを実施し得る。コードは、それからプログラムが実行するメモリ（プロセッサに関連付けられるランダムアクセスメモリ等）であり得るコンピュータメモリ、またはディスクドライブ、フラッシュメモリまたは任意の他の光学、電磁気、磁気、赤外線等の記憶装置デバイス、または他のデバイスもしくはデバイスの組み合わせ内に非一過性方式で記憶され得る。別の側面では、上記に説明される制御システムのいずれかは、同一のものからコンピュータ実行可能コードおよび／または任意の入力もしくは出力を搬送する、任意の好適な伝送または伝搬媒体において具現化され得る。
【0081】
本明細書に説明される実装の方法ステップは、異なる意味が明示的に提供されない、または別様に文脈から明白ではない限り、以下の請求項の特許性と一致する、そのような方法ステップを実施させることの任意の好適な方法を含むことが意図される。したがって、例えば、Ｘのステップを実施することは、遠隔ユーザ等の別の当事者、遠隔処理リソース（例えば、サーバまたはクラウドコンピュータ）、または機械に、Ｘのステップを実施させるために任意の好適な方法を含む。同様に、ステップＸ、Ｙ、およびＺを実施することは、そのようなステップの利益を取得するために、ステップＸ、Ｙ、およびＺを実施するように、そのような他の個人またはリソースの任意の組み合わせを指示または制御することの任意の方法を含み得る。したがって、本明細書に説明される実装の方法のステップが、異なる意味が明示的に提供されない、または別様に文脈から明白ではない限り、１人またはそれを上回る他の当事者またはエンティティに、以下の請求項の特許性と一致する、ステップを実施させる任意の好適な方法を含むことが意図される。そのような当事者またはエンティティは、任意の他の当事者またはエンティティの指示または制御下にある必要はなく、特定の権限内に位置する必要はない。
【0082】
上記に説明される方法およびシステムは、実施例として記載され、限定ではないことを理解されたい。多数の変形例、追加、省略、および他の修正が、当業者に明白であろう。加えて、上記の説明および図面における方法ステップの順序または提示は、特定の順序が、明示的に要求されない、または別様に文脈から明白ではない限り、列挙されるステップを実施することの本順序を要求することは意図されない。したがって、特定の実施形態が、図示および説明されているが、形態および詳細における種々の変更および修正が、本開示の範囲から逸脱することなく、その中に成され得ることは、当業者に明白であろう。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】