[发明专利]电化学装置的交流阻抗测试系统及方法

说明书

本发明提供了一种电化学装置的交流阻抗测试系统，包括电化学装置、控制装置、直流调节支路以及与直流调节支路并联的扰动调节支路，电化学装置连接控制装置；直流调节支路包括第一输出负载，扰动调节支路包括用于产生扰动电流的电流扰动装置和第二输出负载，控制装置用于在控制电流扰动装置开启后，将电流扰动装置的输入电流调整至预设扰动电流，并根据电化学装置的待测单片的输出电流及输出电压计算与预设扰动电流的扰动频率对应的交流阻抗。本发明还提供了一种电化学装置的交流阻抗测试方法。本发明的电化学装置的交流阻抗测试系统及方法，电路结构简单、通用性强，且进一步提高了该测试系统的性能。

技术领域

本发明涉及电化学装置技术领域，特别是涉及一种电化学装置的交流阻抗测试系统及方法。

背景技术

氢氧质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)是一种电化学装置，直接将化学能转换为电能，传统内燃机能量转换受到卡诺循环限制，而氢氧质子交换膜燃料电池能量转换不受卡诺循环限制，理论上其能量转换效率更高。由于参与反应的物质为氢气和空气，反应产物为水，没有产生有害排放物，因此受到人们的青睐，逐渐应用于备用电站、交通运输和移动电源等领域。

质子交换膜燃料电池输出特性为直流，其单片输出电压小于1V，典型为0.7V，为了能够提供更高的电压，需要将很多燃料电池单片串联在一起，形成燃料电池电堆，其输出功率相应提高。燃料电池单片由阳极气体扩散层(Gas Diffusion Layer，简称GDL)、膜电极组件(Membrane Electrode Assemblies，简称MEA)和阴极气体扩散层组成。

燃料电池电堆是燃料电池发电系统的核心部件，在电堆外围有许多附件系统辅助燃料电池电堆进行工作，包括空气系统、氢气系统、冷却系统、功率调节系统、增湿系统和控制系统等。空气系统负责为电堆提供适量的氧化剂即空气，需要根据工况调节进入电堆的空气的温度、压力和流量；氢气系统负责为电堆供应氢气，需要根据工况调节进入电堆的氢气压力和流量；冷却系统则通过冷却剂循环的方式使电堆温度保持合适水平，保证电堆稳定可靠运行；功率调节系统则通过调节燃料电池电堆输出电压或输出电流的方式使燃料电池系统输出特性能满足负载需求；增湿系统负责调节进入电堆的空气的湿度，过干或过湿对质子交换膜和电堆都有不利的影响，因此需要对进入电堆的空气进行湿度控制；控制系统是整个燃料电池发电系统的“大脑”，尤其对电堆外围的各个子系统进行优化控制，使得电堆处于最佳工作状态，保证电堆长期稳定可靠运行。

图1为一种典型的燃料电池系统，环境空气经由空压机压缩后进入散热器，由散热器冷却后进入增湿器进行增湿，增湿后进入电堆，发生电化学反应，阴极侧的氧气会和来自阳极的氢离子发生化学反应，在输出电能的同时生产水(气态或者液态)，并大部分由阴极空气侧流出，因此参与反应后的阴极空气中氧气含量下降，水含量(湿度)增加，在电堆出口空气经冷凝器回收水分后，通过流量控制阀2排入环境中。其中空气系统能够通过空压机、流量控制阀1和2的协调控制来控制进入电堆的空气流量和空气压力，能够通过散热器调整进气温度，通过增湿器控制进气湿度。

根据PEMFC的工作原理和性能特点可知，由于电堆内部反应生成的水(气态或者液态)需要经过阴极反应通道带出，如果生成的液态水不及时排除，生成的水会阻碍流道，即所谓的水淹现象，导致电堆性能下降，影响燃料电池的使用。为了提高排水能力，需要提高空气的流量或流速以便顺利吹除液态水。在怠速或小负荷时，由于生成的水量偏小，如果一直保持较大的空气流量，则容易把流道和质子交换膜表面水都吹干，导致膜过干而性能下降；如果一直保持较小的空气流量，则不容易吹走流道内的液态水而导致水淹。