一、為什么需要測(cè)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(cè)試至關(guān)重要。此外，直流測(cè)試法由于無(wú)法區(qū)分薄膜阻抗和極化阻抗，因此，只能采用交流測(cè)試 法（四線制測(cè)試）。該測(cè)量有助于確定燃料電池系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)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(cè)量燃料電池的交流阻抗
測(cè)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(cè)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(cè)試方法簡(jiǎn)單，然而測(cè)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(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)反向電動(dòng)勢(shì)。EIS 電化學(xué)阻抗譜可測(cè)定的頻率范圍很寬，因此可以測(cè)試出*為**的數(shù)據(jù)，包括動(dòng) 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(cè)試法，可以看成是 EIS 測(cè)試法的簡(jiǎn)化版。此法 相較于電流跌落法也更**。采用信號(hào)發(fā)生器發(fā)生交流正弦波，配合 IT8900A 外部模擬 量接口動(dòng)態(tài)拉載，可以方便測(cè)試電壓和電流波形的相位差。這種測(cè)試方法比電流瞬跌法 簡(jiǎn)單易操作，兩種方法測(cè)試結(jié)果一致。
三、測(cè)量燃料電池交流阻抗的設(shè)備
測(cè)量交流阻抗可以用一臺(tái)直流電子負(fù)載 IT8900A、一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)裝有相應(yīng)軟件 的電腦。其他可選儀器包括一臺(tái)輔助電源。測(cè)試方法如圖一所示，當(dāng)燃料電池輸出電壓過(guò)低 時(shí)，為保證電子負(fù)載能正常帶載，往往需要一臺(tái)輔助電源。通過(guò)信號(hào)發(fā)生器輸出測(cè)試頻率的 正弦波信號(hào)，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(gè)方法適用于燃料電池全頻帶內(nèi)任何一個(gè)頻率 點(diǎn)的測(cè)試，進(jìn)而可以得出電化學(xué)阻抗譜。
圖一、燃料電池測(cè)試連接框圖
信號(hào)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(cè)量方法的核心硬件，因其具有以下多個(gè)特性，特別適用于燃料電池 AC 阻抗的測(cè)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(cè)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(lái)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(duì)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(hào)，可在電子負(fù)載已有直流片之下，疊加出需要的正弦激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)負(fù)載的輸入電壓大于 或者等于3V時(shí)，信號(hào)的帶寬可以達(dá)到10KHz，當(dāng)電壓低于3V時(shí)，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(lì)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(shí)候，就會(huì)在被測(cè)儀器到負(fù)載端子 的連接線產(chǎn)生較大壓降。為了保證測(cè)量精度，負(fù)載在后面端子提供一個(gè)遠(yuǎn)端量測(cè)端 子，用戶可以用該端子量測(cè)導(dǎo)線上損失的壓降。在使用遠(yuǎn)端量測(cè)功能前，要先設(shè)定負(fù) 載為遠(yuǎn)端量測(cè)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(duì)應(yīng) 0A，2V 對(duì)應(yīng)滿量程電流的線性對(duì)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(huì)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(cè)的燃料電池串聯(lián)一 個(gè)直流電源來(lái)實(shí)現(xiàn)（例如 IT6500C）。此時(shí)，遠(yuǎn)端電壓測(cè)量功能依然可以對(duì)燃料電池端 進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。
6、 并聯(lián)操作
若燃料電池需要獲的電流，一個(gè)負(fù)載模塊無(wú)法實(shí)現(xiàn)，可以將多臺(tái) 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(tái)負(fù)載測(cè)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(cè)試
利用此方法測(cè)試 1mR 的分流器，電源、IT8906A 之間串接 1mR 分流器，負(fù)載開(kāi)啟sense 功能，使用 trace 功能，捕捉電壓電流信號(hào)，測(cè)試結(jié)果如下圖所示：
利用 IT8900A 電子負(fù)載可以大大減少對(duì)燃料電池交流內(nèi)阻的測(cè)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(hào)拉載帶寬都是的測(cè)試精準(zhǔn)的重要保證。
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