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燃料電池的交流阻抗測(cè)量技術(shù)分析
隨著保護(hù)地球環(huán)境意識(shí)的提高，燃料電池作為一種儲(chǔ)存電能的新方法而受到關(guān)注。
從大容量基礎(chǔ)設(shè)施到中等容量基礎(chǔ)設(shè)施，再到筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備的超緊湊型基礎(chǔ)設(shè)施，各地激烈的開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)正在激烈進(jìn)行。
有多種方法可以將氫儲(chǔ)存為燃料并將其轉(zhuǎn)化為電能。
電池主要評(píng)估靜態(tài)參數(shù)，例如它們可以存儲(chǔ)的功率和可以提取的最大電流，但要評(píng)估動(dòng)態(tài)響應(yīng)，有必要知道阻抗的頻率特性。
還必須闡明內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與電性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
燃料電池的阻抗根據(jù)輸出的電流值而變化很大。
因此，在連接負(fù)載的情況下，必須單獨(dú)測(cè)量燃料電池的阻抗。
不能使用 LCR 儀表進(jìn)行此測(cè)量。
由于對(duì)方是電池，因此在測(cè)量?jī)x器的測(cè)量端子上增加了一個(gè)大的直流電。
由于這種直流電壓，存在輸入和輸出電路（如LCR儀表和網(wǎng)絡(luò)分析儀）飽和或損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
可以插入一個(gè)電容器來(lái)切斷直流電，但由于電源的輸出阻抗很小，因此需要一個(gè)大的耦合電容器。
考慮到低頻（例如低于 10 Hz）的測(cè)量，這不是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的想法。
有必要在連接負(fù)載的情況下進(jìn)行測(cè)量，但您想知道的是電源的阻抗。 它不是與負(fù)載的組合阻抗。
LCR儀表檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部的電流，因此不可能僅測(cè)量特定部件的阻抗。
LCR 儀表和測(cè)量在電流
為了闡明由電化學(xué)反應(yīng)引起的現(xiàn)象，有必要測(cè)量1Hz或更低的頻率，在某些情況下，極低的頻率低至1/1，100（<> μ）Hz。
LCR 儀表、網(wǎng)絡(luò)分析儀和阻抗分析儀無(wú)法處理此頻率范圍。
使用FRA（頻率響應(yīng)分析儀）是可靠的方法。
FRA 的工作原理
在極低頻測(cè)量中，測(cè)量可能需要很長(zhǎng)時(shí)間，因此使用個(gè)人計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量很方便，如右圖所示。
交流電子負(fù)載裝置一起使用，因此可以通過(guò)各種方式設(shè)置負(fù)載電流。
程序如下：
FRA信號(hào)源輸出信號(hào)連接到電子負(fù)載的信號(hào)輸入端，電子負(fù)載的電壓和電流輸出連接到FRA，在電子負(fù)載處設(shè)置直流負(fù)載電流。
接下來(lái)，將小的交流負(fù)載變化從 FRA 施加到電子負(fù)載設(shè)備上。
FRA捕獲燃料電池的交流電壓和電流變化。
由于FRA的測(cè)量輸入具有高耐壓，因此根據(jù)測(cè)量對(duì)象的輸出，不存在飽和或損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
例如，F(xiàn)RA 5095 的最大輸入電壓為 250Vrms/350Vp。 更重要的是，它是自動(dòng)量程的，因此您無(wú)需設(shè)置范圍。
由于對(duì)直流電沒(méi)有靈敏度，因此可以對(duì)交流電具有最佳靈敏度進(jìn)行測(cè)量。
FRA 可以從 0.1 mHz 的極低頻率測(cè)量。 上限因型號(hào)而異，但可以測(cè)量高達(dá) 15 MHz （FRA5096），并且在此范圍內(nèi)可以掃描的頻率范圍沒(méi)有限制。
由于測(cè)量流過(guò)負(fù)載的電流（=燃料電池的輸出電流），因此無(wú)需擔(dān)心與負(fù)載并聯(lián)測(cè)量阻抗。
負(fù)載電流的大小可以由電子負(fù)載自由設(shè)置。
以下是實(shí)際測(cè)量的示例。
在電化學(xué)測(cè)量中，如圖所示，在復(fù)平面上描繪阻抗隨頻率變化的軌跡的Kohlkohl圖很常見。
此外，由于提取了電壓和電流，因此也可以繪制正常的電流-電壓特性圖（Tafel圖*）。
* Tafel 圖通過(guò)在任意點(diǎn)設(shè)置直流電來(lái)測(cè)量直流電。
