能力发布 | 燃料电池系统EIS(电化学阻抗谱) 测试
燃料电池系统EIS(electrochemical impedance spectroscopy, 电化学阻抗谱)是表征燃料电池系统性能和特性的重要手段之一。通过电化学阻抗谱的测量和分析,可以有效分离各种因素(传质因素、排水因素、接触与导电、散热因素等)对燃料电池系统单独的影响,EIS测试可应用于燃料电池系统水热管理优化、冷启动前的关机吹扫控制、电堆寿命预测、膜干/水淹的故障诊断等方面,为燃料电池系统的优化设计和应用提供重要依据。
01 EIS测量原理
EIS是测量设备通过一个频率可变的小幅正弦波电压(或电流)信号,对燃料电池系统微扰以激励阻抗响应,从而得到燃料电池系统相应参数。
为保证EIS测量的有效性,电极系统须满足因果性、线性、稳定性3个条件,一般要求扰动的电压信号振幅在5~15mV左右,电流信号在工作电流的10%以下,最大频率在1kHz以上。
02 EIS测试流程
① 主要设备
EIS测试设备包含有:EIS交流干扰主设备(电子负载-用于叠加测试用的交流电流信号;函数发生器-用于生成交流激励信号);接线盒(电压采集装置-用于采集测试过程中燃料电池系统的电压信号;电流采集装置-用于采集测试过程中燃料电池系统的电流信号);工控机电脑(阻抗测试分析软件-用于在线及离线的数据记录及处理。)
![图片](https://img2.auto-testing.net/202407/18/233456445993.png)
② 设备连接
1) 需要将电堆输出正负极连接至接线盒对应位置;
2) 需要将DCDC(或者负载)输入正负极连接至接线盒对应位置;
3) 将EIS设备的交流信号负载线正负极连接至接线盒对应位置;
4) 将EIS设备的交流电压,交流电流传感器接插件连接至接线盒对应位置;
5) 测量设备的通讯线连接至工控机电脑。
![图片](https://img2.auto-testing.net/202407/18/233456505993.png)
③ 数据采集
对电堆内部状态进行测量,分别进行DC Measurement(直流测试)、Fixed Frequency(定频测试)、Frequencysweep(扫频测试),三种模式对燃料电池系统进行直流、单频、扫频测试,采集燃料电池系统在不同扰动信号频率下阻抗参数的数据。
![图片](https://img2.auto-testing.net/202407/18/233456185993.png)
扫频测试输出R -theta Graph(阻抗参数与时间关系曲线图)、Bode Graph(波特图)、Nyquist Graph(奈奎斯特图)。
![图片](https://img2.auto-testing.net/202407/18/233456985993.png)
阻抗参数与时间关系曲线图
![图片](https://img2.auto-testing.net/202407/18/233456175993.png)
波特图
![图片](https://img2.auto-testing.net/202407/18/233456595993.png)
奈奎斯特图
03 EIS数据分析
等效电路模型(ECM)是分析阻抗谱常用方法,该模型可描述阻抗的变化趋势而又无需复杂的机理过程,内部物理化学现象可由等效电子元件替代,单个等效电子元件值可基于实测阻抗谱,通过数学算法拟合得出。
燃料电池系统发生反应的过程主要有以下损耗:欧姆损失、阴极活化、阳极活化、阴极质量传输。
一般EIS测试结果如下图(奈奎斯特图),主要由三部分组成:两个特征半圆和一短弧,阻抗谱不同部分对应燃料电池系统内部各个损耗过程。
![图片](https://img2.auto-testing.net/202407/18/233456535993.png)
特嗨现已具备完善的燃料电池系统EIS(电化学阻抗谱)测试能力。EIS测试精准、高效的性能评估与监测是提升能源效率、延长使用寿命的关键,能帮助客户快速识别电池性能瓶颈、优化电池设计、改进制造工艺提供科学依据。我们致力于为客户提供最全面、最专业的燃料电池系统测试解决方案,助力客户在激烈的市场竞争中脱颖而出,共创绿色、可持续的未来。
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