术语"车辆"或"车辆的"或其它类似术语包括通常的机动车， 例如，包括多功能运动车（SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶 的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其 它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。如本文所提到的，混合动力车是具 有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
[0045] 除非特别说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语"约"理解为在本领域的 正常容许范围内，例如在均值的2个标准偏差内。"约"可以理解为在所述数值的10%、9%、 8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05%或0· 01% 内。除非另外从上下文 清楚得到，本文提供的所有数值都由术语"约"修饰。
[0046] 如本文所使用的术语"合成波（associatedwave) "是指可表示正弦波的加和的波 形。
[0047] 尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元执行示例性操作，但应当理解的是， 也可通过一个或多个模块执行示例性操作。此外，应当理解的是，术语控制器是指包括存储 器和处理器的硬件装置。存储器配置成存储模块且处理器特别地配置成执行所述模块，以 便执行下面进一步描述的一个或多个操作。
[0048] 本示例性实施方式中使用的部件或"~单元"或块或模块可在软件或硬件或软件 和硬件的组合中实施，软件诸如任务、类、子程序、操作、对象、执行线程或在存储器的预定 区域中执行的程序，硬件诸如现场可编程门阵列（FPGA)或专用集成电路（ASIC)。元件、"~ 部件"等等可在计算机可读的存储介质中实施，并且其中的一些可被分散地分布在多个计 算机中。
[0049] 除非另外指明，应当理解的是，本说明书中使用的包括技术和科学术语的所有术 语具有如本领域技术人员所理解的相同含义。须理解的是，通过词典定义的术语与相关技 术背景内的含义相同，并且除非上下文另外清楚地指明，它们不应被理想地或过度地定义。
[0050] 诸如聚合物电解质燃料电池（PEFC)的燃料电池的性能和寿命可受到燃料电池的 运行条件的显著影响。燃料电池的运行条件可包括电流、温度、反应材料的量、反应材料的 压力、冷却材料的量、水含量等等。
[0051] 因此，本领域已经制作出燃料电池的各种状态诊断方法，以基于燃料电池的当前 状态最佳地控制如上所述的燃料电池的运行条件。例如，燃料电池的诊断方法可包括交流 电流阻抗测量、电流和电压曲线测量（电流-电压曲线测量）、催化剂面积测量等等。
[0052] 交流电流阻抗测量配制成将几个到几十个频率区的交流电流信号注入或施加到 燃料电池，测量各个电压响应，然后计算阻抗。当生成并分析测量阻抗所需的几个到几十个 频率区的交流信号时，由于所需的测量条件，诸如复杂的装置、成本和时间，可在实验室中 执行交流电流阻抗测量。
[0053] 进一步地，在测量燃料电池阻抗时使用多个交流电流的方法中，可产生两种或更 多种交流电流，并将其注入燃料电池。因此，可能需要复杂且精确的功率半导体控制。由 于阻抗理论本身基于正弦波，因此用于测量交流电流阻抗的方法不使用诸如矩形波的合成 波。
[0054] 图1示出根据相关技术中在时域和频域上测量交流电流阻抗的方法的被注入燃 料电池的交流电流。
[0055] 在用于测量交流电流阻抗的方法中，如图1所示，可能需要复杂的电流控制以生 成交流电流，阻抗测量的复杂性可随着注入电流数目的增加而增加，并且测量的稳健性可 能降低。
[0056] 阻抗具有幅度和相位分量。为了测量燃料电池阻抗，当使用各种频率的注入交流 电流时，可能需要提高计算能力，以计算幅度和相位。
[0057] 另外，根据相位敏锐地确定阻抗的实部和虚部的幅度。当在具有严重噪音的车辆 中测量阻抗时，测量的稳健性可能显著降低。因此，在用于注入多个交流电流的测量方法 中，当使用各种交流电流时，测量的稳健性可能降低。
[0058] 图2示出根据本发明的示例性实施方式的用于测量示例性燃料电池阻抗的示例 性方法中使用的用于测量阻抗的交流电流以及与交流电流相应的频谱。
[0059] 根据本发明，可使用单个合成波诸如矩形波（方波）、三角波或具有如图2中所示 的1振幅的锯齿波来测量燃料电池的阻抗。由于阻抗理论本身基于正弦波，因此根据本发 明，用于测量交流电流阻抗的方法中的问题可通过使用诸如矩形波（方波）的非正弦周期 波得到解决。如此，可简化燃料电池阻抗的测量并可提高可靠性。
[0060] 另外，本发明应用于包括燃料电池的车辆，从而可高效地测量燃料电池的阻抗。
[0061] 特别地，用于测量阻抗的交流电流可不以正弦波的形式产生，但可在频域上以正 弦波的加和产生，诸如矩形波、三角波、锯齿波等等。
[0062] 当矩形波被用作测量用交流电流时，由于使用具有基频的正弦波交流电流以及基 频奇数倍的正弦波交流电流（整体表示矩形波）可获得相同的效果。以上事实可通过以下 等式经矩形波的傅里叶级数（或傅里叶变换）得到证实。
[0063] [等式]
[0064]
[0065]
[0066] 在以上等式中，如和a。可表示傅里叶级数的系数。以上等式可表示矩形波的傅里 叶级数的系数，其中该矩形波具有变到0和1的幅度。
[0067] 如图2中所证实的，在时域上具有预定频率的矩形波可被理解为频域上若干频率 的正弦波的加和。如此，使用一个矩形波作为用于测量阻抗的信号可与使用若干正弦波作 为用于测量阻抗的信号具有相同效果。
[0068] 燃料电池的阻抗测量可能需要具有较大幅度的测量信号，以提高测量的可靠性。 然而，当测量信号增加时，执行测量所消耗的动力可能增加。
[0069] 根据本发明的示例性实施方式，通过调整本发明中使用的矩形波的占空比，可在 不增加动力消耗量的情况下提高测量的可靠性，或者用于相同测量可靠性的能量可以减 少。如图3和图4所示，阻抗测量的可靠性可随着测量信号的振幅增大而提高。占空比可 表示一个周期中包括的信号值〇和信号值1的比率。
[0070] 图3为示出与图2中所示的矩形波的占空比的调整相应的阻抗测量值的标准偏差 的图，并且图4为示出与图2中所示的矩形波的占空比的调整相应的阻抗测量值的标准偏 差的表。
[0071] 如图3和图4所示，当使用恒定功率时，由于矩形波中包括的正弦等效电流的振幅 差异，占空比为大约5%、0至10(A)的阻抗测量值的标准偏差可小于占空比为大约5%、0 至1(A)的阻抗测量值的标准偏差。
[0072] 根据本发明的实验，用于阻抗测量可靠性和使动力消耗最小化的理想测量信号的 占空比可为大约1~10%。矩形波的一般占空比可为大约50%。
[0073] 特别地，当用于产生矩形波的用于测量阻抗的装置的动力消耗量恒定并且矩形波 的占空比减小时，可提高阻抗测量的可靠性。或者，当阻抗测量的可靠性恒定并且占空比减 小时，用于测量阻抗的装置的动力消耗量可减少。
[0074] 另外，根据本发明，如图5以及图7~17所示，通过调整矩形波的占空比，可调整 除基频以外额外产生的频率的幅度。测量信号的占空比可设定为大约50%、大约25%、大 约20%或大约5%。例如，大约50%的占空比具有最大的基频振幅，大约25%和大约20% 的占空比可通过彼此比较观察低频区和高频区，并且大约5%的占空比可均匀地观察作为 基频的1至10倍的频率区。
[0075] 图18为示出应用根据本发明的示例性实施方式的用于测量燃料电池阻抗的示例 性方法的示例性系统的框图。
[0076] 如图18所示，用于测量燃料电池阻抗的系统可包括燃料电池105、电负载110、阻 抗测量装置200和控制器115。
[0077] 燃料电池105可为一个单元电池，或者多个单元电池彼此串联连接的燃料电池 堆。
[0078] 电负载110可包括电负载、可连接到燃料电池105并且可为电动机等等。
[0079] 阻抗测量装置200可将合成波的交流电流（⑶R)注入燃料电池105,并且可测量交 流电压（V0L)。具体地，合成波可为非正弦周期波。阻抗测量装置200可将合成波的电流注 入燃料电池105,从燃料电池105接收响应于合成波电流的响应电压，然后使用合成波的电 流和响应电压测量或计算燃料电池105的阻抗。
[0080] 可通过将响应电压的拉普拉斯变换（或傅里叶变换）除以合成波电流的拉普拉斯 变换（或傅里叶变换）来计算阻抗，并且响应电压和合成波的电流均可为时间函数。合成 波的电流可为图2或图7~17中所示的矩形波、三角波或锯齿波的电流。
[0081] 在用于产生矩形波的功率恒定的条件下，矩形波的占空比可为大约1%以上且大 约10%以下，如描述图3和图4时所提到的。矩形波的占空比可为大约50%，其具有最大 振幅的基频，可以为大约25%