一、為什么需要測量交流阻抗
由于燃料電池具有非線性阻抗，薄膜阻抗的電學(xué)特性可以表征其內(nèi)部元素的損失， 因此燃料電池交流阻抗的測試至關(guān)重要。此外，直流測試法由于無法區(qū)分薄膜阻抗和極化阻抗，因此，只能采用交流測試 法（四線制測試）。該測量有助于確定燃料電池系統(tǒng)中的運(yùn)動阻力，如歐姆電阻（例 如，電解液，接觸、滲透層電阻），以及反應(yīng)物的運(yùn)輸限制。影響阻值的燃料電池組 件包括電流集電極、滲透層電極、催化層、接觸膜等等。
二、怎樣測量燃料電池的交流阻抗
測量交流阻抗的方法有很多種： 電流中斷法（電流跌落法），即電流快速中斷，測試升高的電壓和電流的比值，此方法歷史悠久，優(yōu)點(diǎn)在于測試方法簡單，然而測試出的單值信息量較少，容易引入導(dǎo)線阻抗。而且，這種方法需要格外小心，因爲(wèi)負(fù)載導(dǎo)線阻抗會產(chǎn)生瞬態(tài)反向電動勢。EIS 電化學(xué)阻抗譜可測定的頻率范圍很寬，因此可以測試出*為**的數(shù)據(jù)，包括動 力學(xué)信息和電極界面結(jié)構(gòu)信息。需要使用到電子負(fù)載和頻響分析儀。下面我們給大家介紹一種交流阻抗測試法，可以看成是 EIS 測試法的簡化版。此法 相較于電流跌落法也更**。采用信號發(fā)生器發(fā)生交流正弦波，配合 IT8900A 外部模擬 量接口動態(tài)拉載，可以方便測試電壓和電流波形的相位差。這種測試方法比電流瞬跌法 簡單易操作，兩種方法測試結(jié)果一致。
三、測量燃料電池交流阻抗的設(shè)備
測量交流阻抗可以用一臺直流電子負(fù)載 IT8900A、一臺信號發(fā)生器和一個裝有相應(yīng)軟件 的電腦。其他可選儀器包括一臺輔助電源。測試方法如圖一所示，當(dāng)燃料電池輸出電壓過低 時，為保證電子負(fù)載能正常帶載，往往需要一臺輔助電源。通過信號發(fā)生器輸出測試頻率的 正弦波信號，控制電子負(fù)載 CC 拉載正弦波形，讀取電子負(fù)載內(nèi)部緩存區(qū)的電壓、電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行 FFT 快速傅里葉變換分析。*后，用數(shù)學(xué)函數(shù)將轉(zhuǎn)換后的電壓除以轉(zhuǎn)換電流以獲得復(fù)阻抗（包含幅值和相位信息）。這個方法適用于燃料電池全頻帶內(nèi)任何一個頻率 點(diǎn)的測試，進(jìn)而可以得出電化學(xué)阻抗譜。
圖一、燃料電池測試連接框圖
信號發(fā)生器必須具有產(chǎn)生**可控頻率正弦波的能力，以便確保 FFT 結(jié)果的準(zhǔn)確性。而 IT8900A 電子負(fù)載是上述測量方法的核心硬件，因其具有以下多個特性，特別適用于燃料電池 AC 阻抗的測試。
1、 CC 模式（CV 模式和 CR 模式） 將負(fù)載處于定電流模式下，設(shè)置定電流值為燃料電池的直流電流測試點(diǎn)。
2、 外部模擬量輸入
負(fù)載后面板的EXT PRG（正負(fù)）模擬量端口可以控制負(fù)載的帶載電壓或電流。在EXT PRG 端子處接入0-10V 可調(diào)電壓來模擬0-滿量程的輸入，從而調(diào)節(jié)負(fù)載的輸入電壓和電 流的值（10V 對應(yīng)負(fù)載滿量程的電壓或電流值）。在電子負(fù)載的外部模擬端子輸入正弦信 號，可在電子負(fù)載已有直流片之下，疊加出需要的正弦激勵信號。當(dāng)負(fù)載的輸入電壓大于 或者等于3V時，信號的帶寬可以達(dá)到10KHz，當(dāng)電壓低于3V時，帶寬減小為1KHz。另外， 盡管模擬量輸入電壓可以為負(fù)值，但負(fù)載激勵電流不能為負(fù)值，因?yàn)檫@些負(fù)載單極性的。
3、 同步輸入 V-I 曲線
**同步獲取 V-I 曲線是做 FFT 分析的必要條件，以保證正常工作，在內(nèi)部高精度晶振 的控制下，IT8900A 系列電子負(fù)載具有內(nèi)部緩存區(qū)，可獲取輸入電壓、電流數(shù)據(jù)，AD 采樣率可任意設(shè)定，*高可達(dá) 50kHz。
4、 遠(yuǎn)端補(bǔ)償電壓
IT8900A 具有遠(yuǎn)端補(bǔ)償功能，當(dāng)負(fù)載消耗較大電流的時候，就會在被測儀器到負(fù)載端子 的連接線產(chǎn)生較大壓降。為了保證測量精度，負(fù)載在后面端子提供一個遠(yuǎn)端量測端 子，用戶可以用該端子量測導(dǎo)線上損失的壓降。在使用遠(yuǎn)端量測功能前，要先設(shè)定負(fù) 載為遠(yuǎn)端量測模式。
5、 低電壓操作
艾德克斯電子負(fù)載在低電壓輸入下，服從 0V 對應(yīng) 0A，2V 對應(yīng)滿量程電流的線性對應(yīng) 關(guān)系。典型的組合型燃料電池蓄電電壓一般大于 2V，然而，擔(dān)心燃料電池的電壓會低 于 1V。因此，如果在低電壓下產(chǎn)生符合要求的大電流，可以給被測的燃料電池串聯(lián)一 個直流電源來實(shí)現(xiàn)（例如 IT6500C）。此時，遠(yuǎn)端電壓測量功能依然可以對燃料電池端 進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。
6、 并聯(lián)操作
若燃料電池需要獲的電流，一個負(fù)載模塊無法實(shí)現(xiàn)，可以將多臺 IT8900A 的電子負(fù)載 進(jìn)行并機(jī)以增加總電流的容量。該操作并不復(fù)雜，只需要其中一臺負(fù)載測量交流阻 抗，其他負(fù)載工作在直流電流工作模式下。
四、實(shí)際測試
利用此方法測試 1mR 的分流器，電源、IT8906A 之間串接 1mR 分流器，負(fù)載開啟sense 功能，使用 trace 功能，捕捉電壓電流信號，測試結(jié)果如下圖所示：
利用 IT8900A 電子負(fù)載可以大大減少對燃料電池交流內(nèi)阻的測試的成本，其中，IT8900A電子負(fù)載四線接線法、500kHz 的電壓、電流采樣率、低電壓大電流工作特性、從直流到10kHz 的正弦信號拉載帶寬都是的測試精準(zhǔn)的重要保證。
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