使用氫氣作為燃料用于產(chǎn)生燃料電池中的電力正變得越來(lái)越重要。氫氣供給的純度對(duì)最佳電力產(chǎn)生和對(duì)維持使用此氫氣的燃料電池在最佳狀態(tài)是重要的。

當(dāng)前，在燃料電池系統(tǒng)中使用的氫氣通常通過(guò)天然甲烷氣體的蒸汽重整來(lái)合成。甚至在使用最好質(zhì)量實(shí)踐的情況下，對(duì)于燃料電池運(yùn)行有危害的許多污染物仍可能存在于氫氣燃料中。雖然這種危害通常是可逆的，但是在最壞的情況中，可能存在包括會(huì)對(duì)燃料電池造成不可逆危害的一些化合物的高度污染。

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，我們提供一種被配置來(lái)確定反應(yīng)物純度的裝置，其包括；

第一燃料電池，其被配置來(lái)從兩種反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，具有被配置來(lái)從第一反應(yīng)物來(lái)源接收測(cè)試反應(yīng)物的第一反應(yīng)物入口，所述測(cè)試反應(yīng)物包括兩種反應(yīng)物中的一種；

第二燃料電池，其被配置來(lái)從兩種反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，具有被配置來(lái)從第二反應(yīng)物來(lái)源接收測(cè)試反應(yīng)物的第二反應(yīng)物入口；

控制器，其被配置來(lái)向每一個(gè)燃料電池施加電負(fù)荷并確定第一燃料電池的電輸出與第二燃料電池的電輸出之間的電輸出差值OD_t，并且確定預(yù)測(cè)輸出差值與所確定的電輸出差值OD_t之間的差值，預(yù)測(cè)輸出差值基于早期確定的歷史輸出差值和所述輸出差值的歷史變化率確定，

所述控制器被配置來(lái)至少基于預(yù)測(cè)輸出差值與所確定的輸出差值之間的差值提供指示測(cè)試反應(yīng)物純度的純度輸出。

這是有利的，因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)基于歷史測(cè)量值確定輸出差值在后期的走向的預(yù)測(cè)，然后在后期確定輸出差值并進(jìn)行比較，提供了確定或監(jiān)測(cè)反應(yīng)物純度的一種有效的方法。歷史值可包括先前確定的差值或變化率或者差值或變化率的歷史平均值。

控制器可被配置來(lái)使用在早期t-1先前確定的相同指標(biāo)中的兩個(gè)在時(shí)間t確定至少三個(gè)指標(biāo)，這些指標(biāo)包括代表預(yù)測(cè)輸出差值與所確定的輸出差值之間的差值的δ_t指標(biāo)、平滑水平指標(biāo)SL_t以及變化率指標(biāo)ROC_t，其中；

δ_t＝OD_t-(SL_t-1+ΔtxROC_t-1)

SL_t＝(SL_t-1+ΔtxROC_t-1)+α₁xδ_t

ROC_t＝ROC_t-1+α₂xδ_t

且Δt包括時(shí)間t與時(shí)間t-1之間的時(shí)間差值，并且α₁和α₂包括預(yù)先確定的值，其中純度輸出使用所述指標(biāo)確定。

已發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)在鑒定反應(yīng)物質(zhì)量隨時(shí)間的劣化方面有效，同時(shí)在計(jì)算上是高效的。

純度輸出可使用電輸出差值OD_t確定。

第一反應(yīng)物來(lái)源可提供測(cè)試反應(yīng)物的參考反應(yīng)物，所述參考反應(yīng)物具有已知純度并且第二反應(yīng)物來(lái)源提供未知純度的燃料。第一反應(yīng)物來(lái)源可包括純化設(shè)備，所述純化設(shè)備被配置來(lái)純化從第二反應(yīng)物來(lái)源供給的測(cè)試反應(yīng)物的部分。

因此，所述裝置被配置來(lái)確定除了向燃料電池供給的燃料之外基本上相同的兩個(gè)燃料電池的電輸出?？杉僭O(shè)參考反應(yīng)物是純的而測(cè)試反應(yīng)物具有未知純度，本裝置可相對(duì)于參考反應(yīng)物確定所述未知純度。

任選地，測(cè)試反應(yīng)物包括燃料。燃料可包括氫氣。任選地，測(cè)試反應(yīng)物包括氧化劑，諸如大氣。反應(yīng)物可用于向燃料電池電力來(lái)源供給，諸如燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車或固定電力設(shè)備。

輸出差值可基于來(lái)自第一燃料電池和第二燃料電池的多個(gè)采樣電輸出值的平均值確定。因此，可對(duì)多個(gè)輸出值求平均并且確定差值，或確定多個(gè)輸出差值，然后求平均。平均值可包括眾數(shù)、均數(shù)或中值平均值、集中趨勢(shì)度量或任何其他平均值。

控制器可被配置來(lái)確定變化率指標(biāo)是否超過(guò)預(yù)先確定的閾值范圍并且，如果這樣，那么提供變化的反應(yīng)物純度的警告?？刂破骺杀慌渲脕?lái)確定平滑水平指標(biāo)是否超過(guò)預(yù)先確定的閾值范圍并且，如果這樣，那么提供反應(yīng)物純度無(wú)法接受的指示?？刂破骺杀慌渲脕?lái)確定δ_t指標(biāo)是否超過(guò)預(yù)先確定的閾值范圍并且，如果這樣，那么提供反應(yīng)物純度無(wú)法接受的指示。因此，如果超過(guò)預(yù)先確定的閾值，控制器可僅發(fā)出警報(bào)或警告。另選地，它可基于多個(gè)閾值提供多個(gè)警告。

所述裝置可包括第三燃料電池，其被配置來(lái)從兩種反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，其中測(cè)試反應(yīng)物包括第一測(cè)試反應(yīng)物并且兩種反應(yīng)物中的另一種包括第二測(cè)試反應(yīng)物；

第一燃料電池被配置來(lái)從第一反應(yīng)物來(lái)源接收第一測(cè)試反應(yīng)物和從第四反應(yīng)物來(lái)源接收第二測(cè)試反應(yīng)物；

第二燃料電池被配置來(lái)從第二反應(yīng)物來(lái)源接收第一測(cè)試反應(yīng)物和從第四反應(yīng)物來(lái)源接收第二測(cè)試反應(yīng)物；

第三燃料電池被配置來(lái)從第一反應(yīng)物來(lái)源接收第一測(cè)試反應(yīng)物和從第三反應(yīng)物來(lái)源接收第二測(cè)試反應(yīng)物，

控制器被配置來(lái)確定以下各項(xiàng)的電輸出之間的電輸出差值OD_t

第一燃料電池與第二燃料電池；

第一燃料電池與第三燃料電池；以及

第二燃料電池與第三燃料電池，

控制器被配置來(lái)至少基于預(yù)測(cè)輸出差值和所確定的輸出差值OD_t之間的差值給出第一測(cè)試反應(yīng)物純度和第二測(cè)試反應(yīng)物純度的指示，對(duì)于每一個(gè)輸出差值而言，預(yù)測(cè)輸出差值基于歷史輸出差值和所述輸出差值的歷史變化率確定。

第一測(cè)試反應(yīng)物可包括燃料且第二測(cè)試反應(yīng)物包括空氣；第一反應(yīng)物來(lái)源包括純?nèi)剂蟻?lái)源；第二反應(yīng)物來(lái)源包括未知純度的燃料來(lái)源；第三反應(yīng)物來(lái)源包括純空氣來(lái)源或未知純度的空氣來(lái)源且第四反應(yīng)物來(lái)源包括純空氣來(lái)源和未知純度的空氣來(lái)源中的另一者。

控制器可被配置來(lái)輸出第三燃料電池與第二燃料電池之間的性能差值的指示。因此，第二燃料電池與第三燃料電池之間的輸出差值可提供燃料電池健康狀態(tài)的指示。

第一燃料電池可包括呈堆的多個(gè)串聯(lián)連接的燃料電池和/或其中第二燃料電池包括呈堆的多個(gè)串聯(lián)連接的燃料電池。

根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，我們提供一種用于確定反應(yīng)物純度的指示的方法，其包括；

測(cè)量第一燃料電池的電輸出，第一燃料電池具有施加至其上的負(fù)荷并且被配置來(lái)從兩種反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，兩種反應(yīng)物中的一種包括從第一反應(yīng)物來(lái)源向第一燃料電池供給的測(cè)試反應(yīng)物；

測(cè)量第二燃料電池的電輸出，第二燃料電池具有施加至其上的負(fù)荷并且被配置來(lái)從兩種反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，向第二燃料電池供給的測(cè)試反應(yīng)物從第二反應(yīng)物來(lái)源供給；

確定第一燃料電池電輸出與第二燃料電池的電輸出之間的電輸出差值OD_t，

至少基于預(yù)測(cè)輸出差值和所確定的輸出差值之間的差值提供測(cè)試反應(yīng)物純度的指示，預(yù)測(cè)輸出差值基于歷史輸出差值和所述輸出差值的歷史變化率確定。

提供指示的步驟可包括；

使用在時(shí)間t-1先前確定的相同指標(biāo)中的兩個(gè)在時(shí)間t確定至少三個(gè)指標(biāo)，這些指標(biāo)包括代表預(yù)測(cè)輸出差值與所確定的輸出差值之間的差值的δ_t指標(biāo)、平滑水平指標(biāo)SL_t以及變化率指標(biāo)ROC_t，其中；

δ_t＝OD_t-(SL_t-1+ΔtxROC_t-1)

SL_t＝(SL_t-1+ΔtxROC_t-1)+α₁xδ_t

ROC_t＝ROC_t-1+α₂xδ_t

且Δt包括時(shí)間t與時(shí)間t-1之間的時(shí)間差值，并且α₁和α₂包括預(yù)先確定的值，其中所述方法還包括使用所述指標(biāo)提供反應(yīng)物純度的指示。

所述方法可包括基于電輸出差值OD_t提供純度輸出的步驟，所述純度輸出包括測(cè)試反應(yīng)物純度的指示。

確定電輸出差值的步驟可包括確定來(lái)自第一燃料電池和第二燃料電池的多個(gè)采樣電輸出值的平均值并使用所述平均值來(lái)確定電輸出差值。

所述方法可包括確定變化率指標(biāo)是否超過(guò)預(yù)先確定的閾值范圍并且，如果這樣，那么使用所述純度輸出提供變化的反應(yīng)物純度的警告。所述方法可包括確定平滑水平指標(biāo)是否超過(guò)預(yù)先確定的閾值范圍并且，如果這樣，那么使用所述純度輸出提供反應(yīng)物純度無(wú)法接受的指示。所述方法可包括確定δ_t指標(biāo)是否超過(guò)預(yù)先確定的閾值范圍并且，如果這樣，那么提供反應(yīng)物純度無(wú)法接受的指示。

所述方法可包括以下步驟

測(cè)量第三燃料電池的電輸出，第三燃料電池具有施加至其上的負(fù)荷并且被配置來(lái)從兩種反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，其中測(cè)試反應(yīng)物包括第一測(cè)試反應(yīng)物并且兩種反應(yīng)物中的另一種包括第二測(cè)試反應(yīng)物，第一燃料電池被配置來(lái)從第三反應(yīng)物來(lái)源接收第二測(cè)試反應(yīng)物，第二燃料電池被配置來(lái)從第三反應(yīng)物來(lái)源接收第二測(cè)試反應(yīng)物，并且第三燃料電池被配置來(lái)從第一反應(yīng)物來(lái)源接收第一測(cè)試反應(yīng)物和從第四反應(yīng)物來(lái)源接收第二測(cè)試反應(yīng)物，

所述方法還包括確定以下各項(xiàng)的電輸出之間的電輸出差值OD_t的步驟

第一燃料電池與第二燃料電池

第一燃料電池與第三燃料電池；以及

第二燃料電池與第三燃料電池，以及

使用預(yù)測(cè)輸出差值與所確定的輸出差值之間的差值提供第一測(cè)試反應(yīng)物純度和第二測(cè)試反應(yīng)物純度的指示的步驟，對(duì)于每一個(gè)輸出差值而言，預(yù)測(cè)輸出差值基于歷史輸出差值和所述輸出差值的歷史變化率確定。

根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，我們提供一種包括代碼的計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述代碼在被處理器執(zhí)行時(shí)致使裝置實(shí)施第二個(gè)方面的方法。

根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，我們提供一種反應(yīng)物分配系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被配置來(lái)從位于地理上不同的反應(yīng)物使用位置的多個(gè)傳感器中的每一個(gè)接收反應(yīng)物純度指標(biāo)并且根據(jù)被配置來(lái)向反應(yīng)物使用位置供給反應(yīng)物的反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)識(shí)別與每一個(gè)所接收的指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的位置，所述系統(tǒng)適于響應(yīng)于代表來(lái)自特定反應(yīng)物使用位置的低反應(yīng)物純度的所接收的指標(biāo)、基于所述特定反應(yīng)物使用位置在反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)中的位置來(lái)重新配置反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)和/或禁用在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物使用位置的反應(yīng)物的使用。

反應(yīng)物使用位置可包括反應(yīng)物分配位置，諸如加油站。另選地，反應(yīng)物使用位置可包括消耗向其供給的反應(yīng)物的固定電力設(shè)備。

所述系統(tǒng)可被配置來(lái)通過(guò)抑制向反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)中處于從其接收到低反應(yīng)物純度指標(biāo)的分配位置的下游的部分分配反應(yīng)物來(lái)重新配置反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)。這防止更遠(yuǎn)的反應(yīng)物使用位置接收低純度反應(yīng)物(如果假設(shè)雜質(zhì)的起因是來(lái)自被傳送的反應(yīng)物)。下游位置可根據(jù)分配網(wǎng)絡(luò)確定。

所述系統(tǒng)可被配置來(lái)通過(guò)以下方式禁用在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物使用位置的反應(yīng)物的使用：被配置來(lái)使用反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)將從共同反應(yīng)物來(lái)源接收反應(yīng)物的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物使用位置識(shí)別為特定反應(yīng)物使用位置并提供所述被識(shí)別的反應(yīng)物使用位置的禁用。因此，當(dāng)使用反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)確定哪些位置從與具有低反應(yīng)物純度問(wèn)題的特定使用位置的相同來(lái)源接收反應(yīng)物時(shí)，反應(yīng)物使用位置可被停止使用或分配低質(zhì)量反應(yīng)物。另外，在反應(yīng)物使用位置包括例如固定電力設(shè)備的情況下，每一個(gè)單元可以不同速率消耗反應(yīng)物。因此，通過(guò)自動(dòng)確定上游或下游的哪些使用位置從相同來(lái)源接收反應(yīng)物，提供了一種有利的反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)。

所述系統(tǒng)可被配置來(lái)實(shí)時(shí)提供閥門關(guān)閉信號(hào)用于反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)中的閥門的致動(dòng)，以防止反應(yīng)物沿著分配管道在從其接收低反應(yīng)物純度指標(biāo)的分配位置的下游流動(dòng)。

所述系統(tǒng)可被配置來(lái)實(shí)時(shí)提供信號(hào)，以防止來(lái)自一個(gè)批次反應(yīng)物的反應(yīng)物向反應(yīng)物分配位置的分配，所述反應(yīng)物分配位置沿著預(yù)先確定的路徑處于從其接收低反應(yīng)物純度指標(biāo)且也從所述批次反應(yīng)物接收反應(yīng)物的分配位置的下游。

所述系統(tǒng)可被配置來(lái)提供另選的供給信號(hào)以重新配置反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)，使得位于反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)部分中處于從其接收低反應(yīng)物純度指標(biāo)的分配位置的下游的部分中的反應(yīng)物分配位置從網(wǎng)絡(luò)的不同部分被供給反應(yīng)物。

另選的供給信號(hào)可包括；

i)打開(kāi)反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)中的閥門以從網(wǎng)絡(luò)的另選部分供給受影響的反應(yīng)物分配位置的指令；或

ii)向位于反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)部分中處于從其接收低反應(yīng)物純度指標(biāo)的分配位置的下游的部分中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物分配位置調(diào)度一個(gè)批次反應(yīng)物的指令；

iii)將一個(gè)批次反應(yīng)物從其預(yù)先確定的路徑轉(zhuǎn)向至位于反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)中處于從其接收低反應(yīng)物純度指標(biāo)的分配位置的下游的部分中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物分配位置的指令。

所述系統(tǒng)可被配置來(lái)向一個(gè)或多個(gè)被識(shí)別的反應(yīng)物使用位置提供抑制信號(hào)，以抑制從共同來(lái)源接收的反應(yīng)物的使用。因此，反應(yīng)物使用位置可切換至不同的反應(yīng)物來(lái)源(如果存在)，或被禁用直至反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)從不同來(lái)源傳送反應(yīng)物。另外，根據(jù)分配網(wǎng)絡(luò)，不止產(chǎn)生低反應(yīng)物純度指示的反應(yīng)物使用位置可被抑制。這可防止低質(zhì)量反應(yīng)物在其他反應(yīng)物使用位置的損害或進(jìn)一步分配。

根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，我們提供一種包括代碼的方法或計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述代碼在被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)施以下步驟；

從位于地理上不同的反應(yīng)物使用位置的多個(gè)傳感器中的每一個(gè)接收反應(yīng)物純度指標(biāo)；

根據(jù)被配置來(lái)向反應(yīng)物使用位置供給反應(yīng)物的反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)識(shí)別與每一個(gè)所接收的指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的位置，

響應(yīng)于代表來(lái)自特定反應(yīng)物使用位置的低反應(yīng)物純度的所接收的指標(biāo)、基于所述特定反應(yīng)物使用位置在反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)中的位置，發(fā)送指令以重新配置反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)和/或禁用在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物使用位置的反應(yīng)物的使用。

現(xiàn)在接著僅以舉例的方式，參考附圖提供本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的詳細(xì)描述，其中；

圖1示出第一示例裝置的示意圖，所述裝置利用兩個(gè)燃料電池并被配置來(lái)確定反應(yīng)物的純度；

圖2a至2c示出一系列圖表，其針對(duì)示例數(shù)據(jù)組說(shuō)明幾個(gè)反應(yīng)物純度指標(biāo)隨時(shí)間的改變；

圖3示出第一示例裝置的示意圖，所述裝置利用三個(gè)燃料電池并被配置來(lái)確定兩種反應(yīng)物的純度；并且

圖4示出用于重新配置反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)物分配系統(tǒng)。

圖1中示出用于確定反應(yīng)物純度的裝置10。裝置10具有用于確定諸如氫氣的燃料的純度的特定應(yīng)用。因此，裝置10可形成針對(duì)諸如汽車的燃料電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備的燃料加注站的部分。所述裝置可因此被配置來(lái)監(jiān)測(cè)所儲(chǔ)存的或向加油站供給的燃料的純度用于污染檢測(cè)并且可在燃料被傳送至消費(fèi)者之前評(píng)估燃料純度。所述裝置還可用于監(jiān)測(cè)正向運(yùn)行燃料電池或“原”燃料電池進(jìn)料的氫氣供給，所述燃料電池正被用作針對(duì)例如建筑物或汽車或通信基礎(chǔ)設(shè)施的電力供給。本發(fā)明也對(duì)針對(duì)基于燃料電池的固定電力設(shè)備確定反應(yīng)物純度是有用的，所述設(shè)備為諸如移動(dòng)電信桅桿的裝備提供電力或備用電力。所述裝置可用作周期性測(cè)試系統(tǒng)或用作“內(nèi)嵌的(in-line)”連續(xù)運(yùn)行的反應(yīng)物/燃料監(jiān)視器。

所述裝置也可確定諸如氧化劑的其他反應(yīng)物的純度。燃料電池可利用大氣作為氧化劑并且因此，所述裝置可用于評(píng)估空氣純度。這是有利的，因?yàn)樗鲅b置可被配置來(lái)提供關(guān)于燃料純度和/或空氣純度的變化的信息。

所述裝置使用至少兩個(gè)燃料電池的配置來(lái)監(jiān)測(cè)反應(yīng)物純度。使用燃料電池來(lái)確定反應(yīng)物純度的優(yōu)點(diǎn)是與現(xiàn)有的元素分析裝置和方法比較，它是相對(duì)廉價(jià)的。基于燃料電池的純度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，執(zhí)行純度監(jiān)測(cè)的這些燃料電池可易于被配置成對(duì)完全相同的污染物敏感，所述污染物對(duì)可與純度監(jiān)視器相關(guān)聯(lián)的原燃料電池堆的運(yùn)行有害。

圖1示出說(shuō)明裝置10的第一種配置的運(yùn)行原理的示意圖。純度監(jiān)視器10包括第一燃料電池11和第二燃料電池12。第一燃料電池11是參考燃料電池并且還可包括另外設(shè)置在串聯(lián)連接配置中的多個(gè)個(gè)體燃料電池，以作為參考燃料電池堆11。第二燃料電池12是測(cè)試燃料電池并且還可另外包括設(shè)置在串聯(lián)連接配置中的多個(gè)個(gè)體燃料電池，以作為測(cè)試燃料電池堆12。參考電池11具有燃料入口13并且測(cè)試電池12具有燃料入口14。在這種布置中，燃料入口13、14均從共同氫氣來(lái)源5供給。氫氣來(lái)源5可為任何形式的氫氣來(lái)源，其包括但不限于任何形式的儲(chǔ)罐或容器，連續(xù)管道供給，或諸如蒸汽重整系統(tǒng)的氫氣發(fā)生器。燃料入口13通過(guò)純化器16連接至氫氣來(lái)源5。因此，純化器16可被認(rèn)為是純氫氣的來(lái)源。純化器16可為任何形式的過(guò)濾器，其能夠去除降低參考燃料電池11和測(cè)試燃料電池12的電性能的污染物。例如，可使用任何形式的催化劑激活的純化器。優(yōu)選的純化器是鈀膜。純化器16優(yōu)選地位于入口13與氫氣來(lái)源5之間。可使用任何合適的純化器或內(nèi)嵌的氣體純化方法，諸如基于使用多孔介質(zhì)吸附或變壓吸附的吸附方法的那些。一系列可能的氫氣純化器是可商購(gòu)獲得的，諸如來(lái)自SAES Pure Gas Inc的系列。

在其他實(shí)施方案中，入口13可連接至獨(dú)立的純氫氣燃料來(lái)源7(在圖1中以虛線示出)而不是純化器16。

燃料電池11和12包括被配置來(lái)接收可替換燃料來(lái)源的便攜式消費(fèi)者燃料電池電力供給。在純度確定裝置中使用消費(fèi)者單元是節(jié)省成本的并且，考慮到這些單元可為大量生產(chǎn)的，它們通常在性能上具有良好的一致性。燃料電池11和12被配置來(lái)分別從包括純化器的燃料來(lái)源16和燃料來(lái)源5接收供給，而不是從可替換燃料來(lái)源接收燃料。

校準(zhǔn)閥門31使燃料電池11和12均能以相同反應(yīng)物被進(jìn)料，所述反應(yīng)物在此實(shí)施方案中是純化的氫氣或純氫氣。校準(zhǔn)閥門31可被致動(dòng)使得燃料電池12通過(guò)管道32接收純氫氣。在校準(zhǔn)閥門31處于此位置的情況下，控制器20可通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整控制器20來(lái)執(zhí)行校準(zhǔn)程序以確定和校準(zhǔn)燃料電池11與12之間的任何系統(tǒng)性電輸出差值。在正常使用中，校準(zhǔn)閥門31可被致動(dòng)使得第二燃料電池12從來(lái)源5接收氫氣并且第一燃料電池11從來(lái)源7或純化器16接收氫氣。

第一參考燃料電池11具有電輸出17并且第二測(cè)試燃料電池12具有電輸出18。電輸出17、18均連接至控制器20?？刂破?0被配置來(lái)向每一個(gè)燃料電池11、12施加電負(fù)荷(未示出)并監(jiān)測(cè)燃料電池11、12的電輸出17、18?？刂破?0也被配置來(lái)比較所述電輸出以確定燃料電池11、12之間的電輸出差值。在此實(shí)施方案中，電輸出17、18包括通過(guò)USB電纜連接至控制器20的USB輸出。電輸出包括電壓。具體地，控制器可在恒定輸出電流下測(cè)量燃料電池電壓。另選地，控制器可在恒定電壓下為每一個(gè)燃料電池11、12測(cè)量輸出電流。

控制器20也提供純度輸出22，其被配置來(lái)基于控制器20的輸出給出氫氣來(lái)源5的燃料反應(yīng)物純度的指示。在此實(shí)施方案中，純度輸出22呈交通燈系統(tǒng)的形式。具體地，綠色燈23顯示燃料/反應(yīng)物質(zhì)量在預(yù)先確定的限度內(nèi)可接受，琥珀色燈24指示變化的反應(yīng)物純度的警告且紅色燈25指示不可接受的反應(yīng)物純度。應(yīng)當(dāng)了解可使用其他指示器，如顯示器。控制器20還包括由天線26代表的無(wú)線通信元件，以向另一個(gè)設(shè)備傳輸反應(yīng)物純度的測(cè)量值或?qū)Ψ磻?yīng)物純度的確定。因此，在另一個(gè)實(shí)施方案中，控制器可包括連接至燃料電池的數(shù)據(jù)采集部件和遠(yuǎn)離燃料電池并通過(guò)通信鏈路連接至數(shù)據(jù)采集部件的數(shù)據(jù)分析部件，所述數(shù)據(jù)分析部件被配置來(lái)根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)確定反應(yīng)物質(zhì)量?？刂破鞯墓δ苄钥勺鳛樵谔幚砥魃蠄?zhí)行的軟件來(lái)體現(xiàn)，所述處理器從燃料電池11、12接收輸出。

在使用時(shí)，第一燃料電池11從純化器16接收氫氣燃料，純化器16反過(guò)來(lái)從氫氣來(lái)源5接收燃料。第二燃料電池12直接從沒(méi)有純化的氫氣來(lái)源接收燃料。氫氣來(lái)源5因此供給待測(cè)試的反應(yīng)物。燃料入口13和燃料入口14各自連接至相應(yīng)的調(diào)壓器27、28以確保每一個(gè)燃料電池以相同速率被供給燃料。燃料電池11、12通過(guò)空氣入口29、30均接收大氣作為其他反應(yīng)物。燃料電池11、12并排定位并且因此假設(shè)它們均接收相同純度的空氣，使得其電輸出的任何差值將是由向第一燃料電池11供給的純化燃料和向第二燃料電池12供給的未純化測(cè)試燃料之間的差異引起的。

燃料電池11、12產(chǎn)生電力并且控制器被配置來(lái)周期性地確定它們之間電輸出的差值OD_t。具體地，在此實(shí)例中，控制器被配置來(lái)每秒采樣電輸出電壓?？刂破鞅慌渲脕?lái)每分鐘取得先前60秒的電輸出電壓的平均值并且使用平均電輸出確定電輸出(電壓)差值。因此，在時(shí)間t，控制器確定輸出差值OD_t。前一周期的輸出差值指定為OD_t-1。

控制器20被配置來(lái)基于歷史輸出差值和所述輸出差值的歷史變化率預(yù)測(cè)輸出差值OD_t的走向。為了初始化，歷史輸出差值和歷史變化率可各自包括預(yù)先確定的值。此外，歷史輸出差值和歷史變化率可在每個(gè)時(shí)間間隔t進(jìn)行計(jì)算。歷史輸出差值可包括先前確定的輸出差值并且同樣地，歷史變化率可包括先前確定的變化率?？刂破?0然后被配置來(lái)確定預(yù)測(cè)輸出差值與輸出差值OD_t之間的進(jìn)一步差值?？刂破骺纱_定此進(jìn)一步差值是否處于預(yù)先確定的閾值或限度之內(nèi)并且，基于此評(píng)估，控制器可提供純度輸出22，純度輸出22可包括向燃料電池12供給的反應(yīng)物純度在變化或在可接受限度之外的警示、值或警告。在此實(shí)例中，這樣的警示指示來(lái)自來(lái)源5的氫氣純度可能是低的。

在另一個(gè)實(shí)例中，控制器被配置來(lái)基于使用在時(shí)間t-1先前確定的相同指標(biāo)中的兩個(gè)，即SL_t-1和ROC_t-1，在時(shí)間t確定的至少三個(gè)指標(biāo)或參數(shù)中的任一個(gè)給出反應(yīng)物純度的指示。這些指標(biāo)包括代表預(yù)測(cè)輸出差值與以上所述的所確定的輸出差值之間的差值的δ_t指標(biāo)、平滑水平指標(biāo)SL_t以及變化率指標(biāo)ROC_t，其中；

δ_t＝OD_t-(SL_t-1+ΔtxROC_t-1) (1)

SL_t＝(SL_t-1+ΔtxROC_t-1)+α₁xδ_t (2)

ROC_t＝ROC_t-1+α₂xδ_t (3)

Δt包括時(shí)間t與時(shí)間t-1之間的時(shí)間差值，且α₁和α₂包括預(yù)先確定的值。α₁和α₂可包括常數(shù)。α₁和α₂可用于調(diào)諧所述指標(biāo)對(duì)其他指標(biāo)的變化的靈敏度。另外，α₁和α₂可為相關(guān)的，使得；

α₂＝α₁²/((2-α₁)xΔt) (4)

因此，公式3變成；

ROC_t＝ROC_t-1+(α₁²/((2-α₁)xΔt))xδ_t (5)

α₁可在0和1之間選出，以給出在(a)消除觀察值中的噪聲(小α₁)與(b)使時(shí)間序列的離散特征由所述指標(biāo)代表(大α₁)之間的折衷。α₁與α₂之間的其他關(guān)系是可能的。例如，α₂＝α₁²/(2-α₁)是可產(chǎn)生有利結(jié)果的一種可能關(guān)系。

指標(biāo)δ_t、平滑水平指標(biāo)SL_t以及變化率指標(biāo)ROC_t可各自具有相關(guān)聯(lián)的閾值水平或范圍。平滑水平指標(biāo)代表歷史輸出差值并且變化率指標(biāo)代表歷史變化率。因此，當(dāng)確定這些指標(biāo)中的任何一個(gè)已超過(guò)其預(yù)先確定的閾值/范圍或落在其預(yù)先確定的閾值/范圍之外時(shí)，純度輸出22可被配置來(lái)產(chǎn)生警示。

在此實(shí)施方案中，使用交通燈警告系統(tǒng)，變化率指標(biāo)用于在紅色警示之前給出琥珀色警告。另外，如果在燃料電池11、12之間存在持續(xù)的高電壓差值或燃料電池11、12之間的電壓差值存在突然‘峰值’或‘跳躍’，那么平滑水平指標(biāo)和δ輸出用于給出紅色警示。

圖2a至2c示出示例數(shù)據(jù)組，以展示指標(biāo)的變化以及它們?nèi)绾伪挥脕?lái)警告使用者可能劣化的反應(yīng)物純度或低反應(yīng)物純度。

圖2a示出燃料電池11與燃料電池12之間的電壓輸出差值200。初始時(shí)，輸出差值處在其相關(guān)聯(lián)的閾值201之內(nèi)并且綠色燈23被點(diǎn)亮以向使用者顯示燃料純度是可接受的?？煽闯鲚敵霾钪翟趶谋O(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)起的約93分鐘后越過(guò)0.1伏特的閾值。這提供燃料純度可能已落在可接受限度以下的指示。因此，紅色燈25被點(diǎn)亮。

圖2b示出標(biāo)記為212的變化率指標(biāo)ROC_t的曲線圖。變化率指標(biāo)具有在+0.001與-0.001之間并標(biāo)記為210、211的相關(guān)聯(lián)的閾值范圍。所述范圍在約50分鐘后被超過(guò)?？刂破鞅慌渲脕?lái)使用超過(guò)其閾值范圍的變化率指標(biāo)作為給使用者的警告，而不是純度水平已落在可接受限度以下的警示。因此，在50分鐘后，發(fā)出琥珀色警示并且琥珀色燈24被點(diǎn)亮。已發(fā)現(xiàn)ROC_t指標(biāo)有利地提供變化的反應(yīng)物純度的提前警告和純度水平潛在地減小到可接受水平以下的有用早期警告。

圖2c示出δ_t指標(biāo)222。δ_t值具有相關(guān)聯(lián)的閾值范圍220、221，在此實(shí)例中，所述范圍包括-0.005至+0.005。δ_t值在從監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)起的102分鐘超過(guò)閾值范圍。因此，紅色燈25通過(guò)控制器被點(diǎn)亮。

應(yīng)當(dāng)了解閾值和范圍可根據(jù)應(yīng)用選擇。另外，預(yù)先確定的常數(shù)α₁和α₂可根據(jù)特定應(yīng)用調(diào)諧。

圖3示出可用于確定多于一種反應(yīng)物的純度的第二實(shí)施方案。在此實(shí)施方案中，相同的特征結(jié)構(gòu)使用相同的參考數(shù)字。此實(shí)施方案包括在構(gòu)造上與第一燃料電池11和第二燃料電池12相同的第三燃料電池33。第一燃料電池11從獨(dú)立的純來(lái)源7接收燃料，而不是從純化器16接收其燃料，但是當(dāng)提供三個(gè)(或更多)燃料電池11、12、33時(shí)，這不是必需的。第三燃料電池被配置來(lái)從純?nèi)剂蟻?lái)源7接收其燃料供給。在第一燃料電池11和第二燃料電池12通過(guò)通氣孔29、30從大氣環(huán)境吸入其其他反應(yīng)物(空氣)的情況下，第三燃料電池33從純化空氣來(lái)源34接收空氣。純化空氣來(lái)源可為空氣純化設(shè)備和/或過(guò)濾器或來(lái)自儲(chǔ)存容器的空氣。第三燃料電池33包括連接至控制器20的電輸出35。

控制器20被配置來(lái)施加負(fù)荷并如同針對(duì)第一燃料電池和第二燃料電池執(zhí)行的一樣對(duì)第三燃料電池33的電輸出采樣。除根據(jù)第一燃料電池與第二燃料電池12的電輸出之間的差值確定的電輸出差值OD_t之外，控制器也被配置來(lái)確定第一燃料電池11與第三燃料電池33之間的輸出差值OD_t。就第一燃料電池和第三燃料電池而言，它們接收相同純度的燃料，但是第三燃料電池33充當(dāng)空氣純度的參考并且第一燃料電池接收“測(cè)試”大氣。因此，第一燃料電池11與第三燃料電池33之間的電輸出的差值是(基本上)由空氣純度的差值引起的。

控制器可另選地或除此之外被配置來(lái)確定第二燃料電池12與第三燃料電池33之間的輸出差值。就第二燃料電池和第三燃料電池而言，它們接收(潛在地)不同純度的燃料和(潛在地)不同純度的空氣。然而，，鑒于第三燃料電池33接收純空氣和純?nèi)剂希鼘⒉粫?huì)在使用中受污染。因此，第二燃料電池12與第三燃料電池33之間的電輸出的差值是(基本上)由于第二燃料電池12因使用中的污染而劣化所引起的。因此，第二燃料電池與第三燃料電池之間的電輸出差值是有利的并且可使用以上討論的指標(biāo)進(jìn)行分析。

純度輸出22交通燈顯示器由產(chǎn)生報(bào)告(未示出)來(lái)替代，所述報(bào)告可被報(bào)告給加油站和/或分配網(wǎng)絡(luò)控制器。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，可提供從來(lái)源5接收其氫氣燃料且從純空氣來(lái)源34接收其空氣供給的第四燃料電池。因此，所述裝置如下表中所示。

第一燃料電池與第二燃料電池之間的輸出差值以及第三燃料電池與第四燃料電池之間的差值提供兩個(gè)對(duì)燃料純度的確定。第一燃料電池與第三燃料電池之間的輸出差值以及第二燃料電池與第四燃料電池之間的差值提供兩個(gè)對(duì)空氣(或其他氧化劑)純度的確定。這可提供更可靠的確定。

反應(yīng)物分配系統(tǒng)可利用純度輸出22來(lái)配置反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)。圖4示出反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)40，所述反應(yīng)物分配網(wǎng)絡(luò)40在此實(shí)例中包括用于向多個(gè)反應(yīng)物使用位置41a-f傳送燃料的氫氣分配網(wǎng)絡(luò)。反應(yīng)物使用位置41a-f可包括分配位置，諸如氫氣加注站，在此處，燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車的使用者可將氫氣燃料加注至其汽車。每一個(gè)反應(yīng)物使用位置包括反應(yīng)物純度傳感器，所述傳感器可包括以上所述的裝置10，但是可使用任何適當(dāng)?shù)募兌葌鞲衅鳌?/p>

網(wǎng)絡(luò)40從第一網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42和第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43接收其氫氣燃料供給。網(wǎng)絡(luò)來(lái)源可包括氫氣產(chǎn)生工廠或大容量?jī)?chǔ)存?zhèn)}庫(kù)。

網(wǎng)絡(luò)40包括將網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42、43與分配位置41a-f連接的多個(gè)通路44a-e和45a-d。在此實(shí)例中，這些通路包括燃料可沿其流動(dòng)的管道。然而，應(yīng)當(dāng)了解，通路44a-e和45a-d可構(gòu)成反應(yīng)物傳送載體的預(yù)先確定的傳送路徑的區(qū)段。在此實(shí)例中，網(wǎng)絡(luò)40包括由第一網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42供給的第一部分，其包括位置41a、41b、41d、41f和41e。這些位置通過(guò)通路44a-e依序被供給。網(wǎng)絡(luò)40還包括由第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43供給的第二部分，其包括位置41c、41d、41f和41e。位置41c、41d、41f通過(guò)通路45a、45b和45c依序被供給。位置41e通過(guò)通路45d直接從第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43被供給。

每一個(gè)通路44a-e、45a-d包括閥門46，閥門46可被致動(dòng)以防止沿其流動(dòng)。因此，通路44c的閥門46的致動(dòng)將防止來(lái)自第一網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42的燃料到達(dá)包括41d、41f和41e的下游位置。

所述系統(tǒng)可包括接收在每一個(gè)位置41a-f的傳感器的輸出并可控制閥門46的控制器47。這可通過(guò)無(wú)線通信或以其他方式執(zhí)行。

在第一實(shí)例中，通路45b、45c和45d的閥門是關(guān)閉的。因此，位置41a、41b、41d、41f、41e從第一網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42依序接收燃料。位置41c從第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43接收燃料。

在使用時(shí)，低反應(yīng)物質(zhì)量指標(biāo)可從位置41b處的傳感器接收?？刂破?7可被構(gòu)造來(lái)定位網(wǎng)絡(luò)40中的傳感器并且因此識(shí)別通路44c是在位置41b的下游。因此，為了防止低純度燃料到達(dá)更遠(yuǎn)的分配位置，即位置41d、41f和41e，控制器可因此自動(dòng)發(fā)出信號(hào)以引起通路44c的閥門46的致動(dòng)。在網(wǎng)絡(luò)中的位置41b周圍可能存在污染源。因此，分配位置41d、41f和41e與第一網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42以及在來(lái)源42和通路44c的閥門46之間的網(wǎng)絡(luò)部分被隔離。控制器47可使用向更遠(yuǎn)下游通路的更遠(yuǎn)閥門的另外信號(hào)來(lái)將閥門致動(dòng)以防止低純度燃料的分配。

另選地或除此之外，控制器47可向使用位置41b、41d、41f和41e提供抑制信號(hào)以阻止這些位置使用或分配燃料。這是有利的，因?yàn)樗乐節(jié)撛谑芪廴镜娜剂媳环峙渲潦褂谜叩钠嚒?/p>

應(yīng)當(dāng)了解，在另選的實(shí)施方案中，通路44c的閥門46可代表在燃料傳送載體中的信號(hào)接收以控制載體沿行的路徑。因此，所述載體可已被預(yù)訂按順序向位置41a、41b、41d、41f和41e傳送。因此，所述信號(hào)可實(shí)時(shí)命令傳送載體改變其路徑以便不會(huì)傳送至下游位置41d、41f和41e。

控制器47也可發(fā)出另選的供給信號(hào)以引起網(wǎng)絡(luò)40的另外的重新配置，使得受通路44c的閥門46的關(guān)閉影響的分配位置可從諸如第二來(lái)源43的不同來(lái)源被供給。因此，另選的供給信號(hào)被配置來(lái)引起通路45b、45c和45d的閥門46的致動(dòng)，使得這些通路對(duì)來(lái)自第二來(lái)源43的燃料的流動(dòng)打開(kāi)。因此，與第一網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42隔離的分配位置41d和41f現(xiàn)在由來(lái)自第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43的燃料供給。另外，分配位置41e直接從第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43供給而不是從第一網(wǎng)絡(luò)來(lái)源42供給。

在另選的實(shí)施方案中，另選的供給信號(hào)可針對(duì)來(lái)自第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43的燃料供給載體或油船限定路徑以供給受影響的分配位置。另選的供給信號(hào)可限定對(duì)燃料供給載體的預(yù)先存在的路徑的修改。因此，在此另選的實(shí)施方案中，通路45b的閥門46可不是代表閥門，而是代表針對(duì)燃料傳送載體的指令的接收，以修改所述載體的預(yù)期路徑(可回到第二網(wǎng)絡(luò)來(lái)源43)并轉(zhuǎn)而繼續(xù)至分配位置41d和41f。另外的載體可被發(fā)送指令以進(jìn)行至分配位置41e。因此，控制器47可執(zhí)行對(duì)一個(gè)或一組燃料供給載體所沿行的路徑的實(shí)時(shí)重新配置，方式如同在實(shí)體供給管道基礎(chǔ)設(shè)施中的閥門控制燃料沿其流動(dòng)。來(lái)自控制器47的信號(hào)可產(chǎn)生傳送載體中的警示并向驅(qū)動(dòng)程序提供消息以改變路徑。另選地，所述信號(hào)可提供指令以自動(dòng)地重新配置帶有驅(qū)動(dòng)程序所沿行的新路徑的導(dǎo)航制導(dǎo)裝置，諸如GPS制導(dǎo)設(shè)備。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，可在網(wǎng)絡(luò)中致動(dòng)過(guò)濾裝置，使得網(wǎng)絡(luò)以一部分網(wǎng)絡(luò)接收過(guò)濾后反應(yīng)物的方式重新配置。過(guò)濾裝置可位于分配位置之間且可靠近任何閥門或設(shè)置有閥門。因此，過(guò)濾裝置可在報(bào)告低反應(yīng)物質(zhì)量的分配位置上游和/或下游被致動(dòng)。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)物使用位置41a-f包括固定電力設(shè)備，諸如，用于向移動(dòng)電信桅桿供給備用電力。因?yàn)榉磻?yīng)物使用位置41a-f提供備用電力，所以它們可僅被周期性地激活并且一些位置比其他位置更頻繁。在此實(shí)施方案中，控制器47被配置來(lái)使用分配網(wǎng)絡(luò)確定哪些反應(yīng)物使用位置從相同來(lái)源42、43接收反應(yīng)物。因此，它可考慮受影響的反應(yīng)物使用位置下游和上游的反應(yīng)物使用位置。這是因?yàn)?，雖然在已報(bào)告低反應(yīng)物純度的位置之前上游位置可能已接收潛在受污染的燃料，但是它可能不是有活性并且因此受污染的燃料可儲(chǔ)存在上游固定電力設(shè)備中待用。因此，控制器47可向從共同來(lái)源接收燃料的反應(yīng)物使用位置提供抑制信號(hào)。另選地，或除此之外，控制器可重新配置分配網(wǎng)絡(luò)，使得可能來(lái)自不同來(lái)源的新燃料被傳送至受影響的反應(yīng)物使用位置41a-f?？刂破?7因此確保反應(yīng)物使用位置的有效網(wǎng)絡(luò)。

反應(yīng)物分配系統(tǒng)可向使用者提供燃料分配位置處或網(wǎng)絡(luò)中其他任何位置處的反應(yīng)物純度的實(shí)時(shí)信息。因此，使用者可實(shí)時(shí)看到在每一個(gè)燃料分配位置的反應(yīng)物純度。這可構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)方面。