燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高; 另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料；同時(shí)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，所以沒(méi)有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。由此可見，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看，燃料電池是很有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

氫燃料電池汽車作為一種新型能源汽車越來(lái)越受到市場(chǎng)的期待。與傳統(tǒng)的鋰電池汽車相比，有著充電時(shí)間短、續(xù)航里程更長(zhǎng)、電池壽命長(zhǎng)、電池?zé)o重金屬污染等優(yōu)點(diǎn)。近期國(guó)家也加大了對(duì)氫能源汽車的投入和引導(dǎo)，使氫能源汽車成為了汽車行業(yè)中新的發(fā)展熱點(diǎn)。

氫能源汽車的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于對(duì)燃料電池堆的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，這需要監(jiān)控內(nèi)部阻抗值的變化，并且通過(guò)阻抗值的變化了解燃料電池所處狀態(tài)，從而保證燃料電池堆的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

燃料電池的等效電路

燃料電池等效電路主要由電解質(zhì)膜電阻(Rm)和二重層電容(C)與反應(yīng)電阻(R)的并聯(lián)所構(gòu)成。這些電阻、電容值會(huì)隨電池的性能和發(fā)電狀態(tài)發(fā)生很大變化。通過(guò)交流阻抗測(cè)量，可以間接測(cè)量到這些電阻和電容值，對(duì)燃料電池的評(píng)價(jià)起到非常重要的作用。

交流阻抗法

交流阻抗法是在燃料電池的放電直流電流上疊加微小測(cè)量用交流電流，對(duì)電壓、電流進(jìn)行測(cè)量和運(yùn)算，得到阻抗值。這種方法對(duì)燃料電池的工作影響非常小，具有明顯優(yōu)勢(shì)。下圖是交流阻抗測(cè)試的基本構(gòu)成。

通過(guò)對(duì)疊加的交流信號(hào)頻率的調(diào)整，測(cè)量阻抗的實(shí)部和虛部，可以得到Cole-Cole模型圖，如下圖，可以分析得到電解質(zhì)膜電阻(Rm)和電氣二重層電容(C)以及反應(yīng)電阻(R)。

交流疊加信號(hào)頻率高時(shí)，電氣二重層電容為導(dǎo)通狀態(tài)，可以單獨(dú)測(cè)量到電解質(zhì)膜電阻(上圖的圓弧左端），頻率非常低時(shí)，電氣二重層電容為阻斷狀態(tài)，可以測(cè)量到電解質(zhì)膜電阻和反應(yīng)電阻的和。（上圖的圓弧右端）

阻抗分析測(cè)試方案

高電壓、大電流的強(qiáng)干擾環(huán)境下，對(duì)內(nèi)部阻抗的微小變化的測(cè)量是非常困難的。燃料電池多通道阻抗分析系統(tǒng)ZM850高抗干擾硬件設(shè)計(jì)，即使是在強(qiáng)干擾的環(huán)境中仍然可以對(duì)燃料電池堆和CELL的內(nèi)部阻抗進(jìn)行精準(zhǔn)、穩(wěn)定的測(cè)量。

ZM850燃料電池阻抗分析系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)

?  測(cè)量頻率范圍0.01Hz ～ 10KHz

?  共模耐壓400V

?  14通道(可同時(shí)對(duì)堆和13個(gè)CELL或CELL組進(jìn)行測(cè)量)