來(lái)自HyCentA研究有限公司（奧地利）的研究報(bào)告，經(jīng)友好授權(quán)發(fā)布
阻抗譜是一種廣泛應(yīng)用于電化學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的測(cè)量方法，包括電池、超級(jí)電容器、燃料電池，以及功率等級(jí)逐步提升的電解槽堆棧。電化學(xué)阻抗譜（EIS）能夠提供關(guān)于電化學(xué)電池及堆棧內(nèi)部過(guò)程的關(guān)鍵信息，并為詳細(xì)描述和量化故障與損耗機(jī)制提供可能。在堆棧開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用高功率等級(jí)EIS的主要?jiǎng)訖C(jī)包括：
理解堆棧設(shè)計(jì)
洞察電池間的電壓差異
描述雙極板等堆棧部件及其對(duì)性能的影響
監(jiān)測(cè)表征堆棧健康狀態(tài)的測(cè)量值
除本報(bào)告外，另附應(yīng)用說(shuō)明詳細(xì)介紹了實(shí)施EIS時(shí)面臨的挑戰(zhàn)，以及如何通過(guò)REGATRON瑞士瑞佳通電源解決這些問(wèn)題。
測(cè)試臺(tái)架
PEM和AEM電解堆棧，功率范圍1至15 kW
陰極壓力高達(dá)160 bar
可在陽(yáng)極/氧氣側(cè)（含濃度）的爆炸性環(huán)境中運(yùn)行
堆棧中每個(gè)電池的電壓監(jiān)測(cè)
多通道并行EIS測(cè)量（支持最多24個(gè)電池）
EIS頻率范圍：0.01 Hz – 10 kHz
圖注：HyCentA研究中心的H-Tech PEM測(cè)試堆
得益于極高的控制動(dòng)態(tài)性，REGATRON瑞士瑞佳通 G5電源裝置可實(shí)現(xiàn)高達(dá)10 kHz的電壓和/或電流調(diào)制。設(shè)備已集成所需函數(shù)發(fā)生器，但為擴(kuò)展調(diào)制選項(xiàng)，常搭配簡(jiǎn)易波形發(fā)生器使用。因此，本文件描述的EIS方法可輕松實(shí)施，并支持更高功率擴(kuò)展。
HyCentA與REGATRON瑞士瑞佳通聯(lián)合測(cè)試臺(tái)解決方案
圖注：測(cè)試系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
上圖展示了測(cè)試系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？刂栖浖?fù)責(zé)協(xié)調(diào)測(cè)試時(shí)序。盡管REGATRON瑞士瑞佳通 G5電源已內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器，本系統(tǒng)仍配置外部設(shè)備以提供更多調(diào)制選項(xiàng)。如圖所示，G5電源同時(shí)為PEM堆棧的電解直流電流和疊加的調(diào)制電流供電，無(wú)需額外功率調(diào)制器！
電解電流主要為平滑直流，而正弦測(cè)量電流則是交流，非常適合測(cè)定“交流電阻”。根據(jù)電氣工程原理，此電阻即為目標(biāo)阻抗，通過(guò)逐點(diǎn)測(cè)量并記錄全頻段阻抗變化軌跡。
EIS測(cè)試結(jié)果
圖注：完整EIS測(cè)試的奈奎斯特圖
圖中展示了某PEM原型堆棧各電池的奈奎斯特圖，其中每個(gè)電池的特征阻抗均單獨(dú)呈現(xiàn)。各電池曲線相似，但沿實(shí)軸（水平方向）存在偏移，可歸因于電池間接觸電阻不均，表明堆棧設(shè)計(jì)缺陷、組裝問(wèn)題或個(gè)別電池故障。
圖注：14電池PEM堆棧的波特圖
此處為波特圖，其優(yōu)勢(shì)在于直接展示阻抗的頻率依賴性。相位圖中的紅色虛線交叉點(diǎn)指示最高頻率（5 kHz）處的零交叉。這些零交叉出現(xiàn)在1 kHz至5 kHz范圍內(nèi)，表明10 kHz以內(nèi)的信號(hào)調(diào)制足以支持此類分析。需注意，測(cè)量中的電感部分已無(wú)法提供有效的電池信息。
結(jié)論
HyCentA通過(guò)REGATRON瑞士瑞佳通設(shè)備結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了可靠的EIS測(cè)量。該設(shè)備操作簡(jiǎn)便且功能完備，其核心優(yōu)勢(shì)在于可單機(jī)輸出直流工作點(diǎn)與調(diào)制信號(hào)，無(wú)需外部調(diào)制器或其他電源設(shè)備，從而確保高信號(hào)質(zhì)量（無(wú)其他電力電子干擾）。此外，外部函數(shù)發(fā)生器提供的模擬信號(hào)為系統(tǒng)搭建和測(cè)量自動(dòng)化提供了更高靈活性。直流工作點(diǎn)與交流信號(hào)的分離對(duì)集成至具備現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口的測(cè)試臺(tái)至關(guān)重要，同時(shí)可提升調(diào)制信號(hào)的信噪比（模擬信號(hào)無(wú)需承載高直流偏移）。
HyCentA是奧地利唯一專注于氫技術(shù)的非大學(xué)研究機(jī)構(gòu)，成立于2005年，與工業(yè)界及高校合作開(kāi)展國(guó)際研發(fā)項(xiàng)目，涵蓋氫技術(shù)的生產(chǎn)、分配、儲(chǔ)存與應(yīng)用全領(lǐng)域。其在工程、仿真、測(cè)試、測(cè)量技術(shù)與教育領(lǐng)域擁有深厚積累，并與格拉茨理工大學(xué)緊密合作開(kāi)展教育項(xiàng)目。
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REGATRON瑞士瑞佳通全面電源方案
通用可編程直流電源和直流負(fù)載 | 通用可編程交流電源和交流負(fù)載 |
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針對(duì)特定應(yīng)用準(zhǔn)備的直流電源測(cè)試解決方案 | 針對(duì)特定應(yīng)用準(zhǔn)備的交流電源測(cè)試解決方案 |
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所有REGATRON瑞士瑞佳通電源與測(cè)試方案均支持標(biāo)準(zhǔn)化或定制化機(jī)柜集成。