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；同時沒有機(jī)械傳動部件，所以沒有噪聲污染，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越受到市場的期待。與傳統(tǒng)的鋰電池汽車相比，有著充電時間短、續(xù)航里程更長、電池壽命長、電池?zé)o重金屬污染等優(yōu)點。近期國家也加大了對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。

氫能源汽車的技術(shù)關(guān)鍵點在于對燃料電池堆的系統(tǒng)評價，這需要監(jiān)控內(nèi)部阻抗值的變化，并且通過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、電容值會隨電池的性能和發(fā)電狀態(tài)發(fā)生很大變化。通過交流阻抗測量，可以間接測量到這些電阻和電容值，對燃料電池的評價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量用交流電流，對電壓、電流進(jìn)行測量和運算，得到阻抗值。這種方法對燃料電池的工作影響非常小，具有明顯優(yōu)勢。下圖是交流阻抗測試的基本構(gòu)成。

通過對疊加的交流信號頻率的調(diào)整，測量阻抗的實部和虛部，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)。

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

阻抗分析測試方案

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

ZM850燃料電池阻抗分析系統(tǒng)的構(gòu)成和特點

?  測量頻率范圍0.01Hz ～ 10KHz

?  共模耐壓400V

?  14通道(可同時對堆和13個CELL或CELL組進(jìn)行測量)