燃料电池直流阻抗测量方法

Ⅰ 燃料电池汽车的核心技术

被誉为新一代环保车型的燃料电池汽车可不使用传统化石燃料，而以来源丰富的氢气作为燃料，运行后的排放物只有水，且不排放CO2。燃料电池汽车通过电机驱动车辆，可兼顾静音性与良好的行驶性能，燃料填充时间较短，并能确保与内燃机汽车相近的续航里程。各汽车制造商目前正在积极开展针对燃料电池汽车的研发与推广工作。介绍了丰田公司燃料电池系统(TFCS)及燃料电池堆的结构、设计与控制。着重阐述了燃料电池系统的1项核心技术，即“水管理控制技术”，以及基于燃料电池堆的设计过程与燃料电池堆内部状态的可视化及计测技术。

0前言

近年来，由于地球温室效应日益加剧，石油资源也在日渐枯竭，能源安全(尤指稳定供应能源等)问题得以不断凸显，运行中不产生CO2的新能源汽车逐渐引起了广泛关注。丰田公司于近期设立了“CO2零排放目标”，并提出到2050年，提高新能源汽车的销售比例，目前正在对此开展相关研究(图1)。

4结语

本文以燃料电池系统的1项核心技术“水管理”为研究对象。运用可视化及计测技术，实现了定量化处理，将该技术有效运用于燃料电池堆的设计与系统控制过程中。水管理是燃料电池堆的1项关键技术，今后还将依据相关原理，对燃料电池堆的运作机理进行说明，从而推进燃料电池堆系统的小型化、低成本化,以及性能提升等方面的工作。

注：本文发表于《汽车与新动力》杂志2020年第3期

作者：[日]?今西啓之等

整理：彭惠民

编辑：伍赛特

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

Ⅱ 内阻测试仪怎么测内阻

内阻测试仪，又叫电池测试仪，是测量电池内阻和端压的仪器，用于评估电池性能。最高测量电压可达1000V。
内阻测量原理：交流测量法，电池上施加1kHz的交流电流源，然后测量电池两端的电压后计算内阻，根据物理公式R=V/I。交流测量法的优点：不给电池充放电，不影响电池电压测量，对电池无损伤，测量速度快，可达到10ms快速测量。
应用领域：储能设备铅酸电池评估，电芯生产厂家电芯评估，电池模组和pack评估，新能源汽车电池评估，锂离子电池评估，燃料电池评估。

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Ⅲ 在燃料电池测试中，如何能控制燃料电池的电流密度

燃料电池确定之后，面积也就确定了。燃料电池电密的控制也就转换成了电流的控制。燃料电池的电流是根据负载变化实现的。但是是否能达到需要的电流根据供给供给系统控制实现
具体可参考基于氢探PowerECU得氢燃料电池控制系统开发与设计https://wenku..com/view/

Ⅳ 如何用电子负载测量燃料电池特性曲线

看下资料吧，楼主
电源：输出最大电压高于电池浮充电压，电流一般2倍于容量。
电子负载：电压高于被测电池和电源，功率大于电池的电压乘以电流的2倍积。
可选费思电池充放电相关配件自动完成电池充放电接线切换
PC机一台，数采一台（建议使用，用来监控电池充放电时电压的变化特性。）
原则：所选仪器的电压、电流和功率的上限值均需大于电池的相关参数。
动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。多采用阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池。
电池的主要参数有 标称电压 电池内阻 电池容量 输出能力
一、电池放电参数测试
准备：负载 电池 电脑 测试线（两对）远程联机线
（本测试针对手动操作，查看界面，一键完成）
接线如图1：

1、电池内阻测试：
电池的内阻是指电流通过电池内部时受到的阻力。它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化（逐渐变大）。
行业应用中，动力电池内阻的精确测量是通过直流放电法来进行测量的的。
直流放电内阻测量法。
根据物理公式R=V/I，测试设备让电池在短时间内（一般为5~18秒）强制通过一个很大的恒定直流电流（目前一般使用0.5C/1C/2C/4C等大电流值进行测量），测量此时电池两端的电压降，并按公式计算出当前的电池内阻。
因本次测试对象为动力电池，其在工作过程中一般都是以大电流的形式工作，此时对电池的内阻要求就非常高，为不在这里保证内阻的测量精度我们选择利用电子负载对电池进行直流放电法来测量。具体测试如下：
为避免在测试过程中因线路损耗造成产生测量误差我们采用四线制测量（两根电流控制线、两根采样线以作线损补偿），接线如图1。
线材要求：电流线服从电流国标要求，采样线无要求，联通即可。
电池内阻测试接线图如图1。
具体操作如下：
连接好待测电池和测量仪器电子负载；
1）进入负载电池内阻测试界面，shift+3；
2）设置被测电池的放电电流，设置例如2C（这个根据要求测量相关电流）。 ；
3）按下开始按钮开始测试，负载屏幕将显示被测电池的内阻。
4）有相对应功能，测试方法及设置跟手动相同。
注：因为要测量的电池的内阻很小，线路的电阻就要考虑进去了。一条短短的从仪器到电池的连接线本身也存在电阻（大约也是毫欧级），还有电池与连接线的接触面也存在接触电阻，这些因素必须都在仪器的内部事先做好误差调节。
2、电池容量测试：
电池容量是电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，即电池的容量，通常以安培、小时为单位（简称安时，以A.H表示，1A.h=3600C）电池容量C的计算式为C=∫t0It1dt (在t0到t1时间内对电流I积分). 在某一放电率下于25℃放电至终止电压所提的最低限度的容量是设计与生产时的规定的电池的容量，这叫做某一放电率RH的额定容量。电池容量一般以AH(安培小时)计算，放电电池（恒流）I×放电时间（小时)T 。
恒流放电测试容量：
1） 连接好电子负载与被测电池之间的测试线，本处采用四线制测量，接线如图
2） 电子负载进入电池容量测试界面shift+4，
3）根据被测电池设置放电电流， 本次测试设置为80安培（根据测试要求0.5C/1C/2C/4C）。
4）设置终止电压（电池放电截止电压），
5）开始测试，
6）有相对应功能，测试方法及设置跟手动相同。
3、电池输出电流（电池保护板ocp点测试，于电池相连时测试）：
1）连接好电子负载与被测电池之间的测试线，本处采用四线制测量，接线如图
2）电子负载进入OCP测试界面shift+5
3）根据被测电池设置起始电流， 本次测试设置为20安培。
4）设置步进电流，（电流增量）
5）设置终止电压（稍低于电池保护板低压保护点），
6）设置步进时间（时间间隔），
7）设置电流最大值（稍大于电池保护板过流值），
8、开始测试，
9）有相对应功能，测试方法及设置跟手动相同。
4、电池放电其他测试：
脉冲放电：模拟电池使用在比如直流电机控制板的环境。
测试方法：测试，使用动态功能，监控容量和电压曲线。
工况模拟：模拟实际使用状况。
测试方法：测试，使用序列功能，模拟实际工况状态测试。循环测试，保护板保护稳定性测试。

Ⅳ 太阳能及燃料电池特性测量现象及问题

1. 太阳能到电能：在没有光照时，太阳能电池特性可以视为一个二极管；当入射光子能量大于材料的禁带宽度时，PN结两端产生光生电动势（光生电压）。
2. 光能到化学能：太阳能电池产生的直流电压施加在膜电解池水在阳极电解生成氢离子电子，氢离子在阴极被还原为氢气，这样，电能便转化为化学能，被储存在氢气与氧气的化学键之中。
3. 化学能到电能：在质子交换膜燃料电池正负极发生了与电解池完全相反的过程，即在燃料电池的阳极，氢气发生氧化反应，生成氢离子和电子，在阴极，水则发生还原反应，生成了氢氧根，氢氧根和氢离子中和生成水，电子流在导线中形成电流。

Ⅵ 横河测试测量的燃料电池阻抗分析系统ZM850怎样

横河推出燃料电池阻抗分析系统ZM850，输入电压可达800V，14通道，可同步分析电堆和Cell的交流阻抗特性。由于其卓越的抗干扰电路技术和信号处理能力，能在恶劣的干扰环境下实现了高精度，高稳定的阻抗测量。ZM850在2020 上海汽车测试展上亮相，吸引了众多业内专家。

Ⅶ 燃料电池内阻

 燃料电池内阻是个重要的测试指标，它是衡量电子传导难易程度的主要标志，也是决定电堆发电效率的关键参数。燃料电池内阻能反应内部温度、湿度等重要参数的变化，通过对燃料电池内阻进行在线测试，可以获取电堆运行的实时动态信息，便于对燃料电池进实时监控和健康诊断，这对提高燃料电池耐久性具有非常重要的意义。
燃料电池内阻测试方法如下：
 （1）电流阻断法
电流阻断法是当前使用zui广泛的一种测量燃料电池内阻的方法，这种方法在用于测试燃料电池之前普遍用于测试蓄电池的内阻。这种测试方法容易实现，但要频繁世切断燃料电池的电流，会严重影响燃料电池的寿命。
 （2)电化学阻抗谱法
电化学阻抗谱法是以小振幅的正弦电流信号（一般为燃料电池输出电流的5%）作激励燃料电池进行扰动，然后测定其响应信号的测量方法。这种方法需要用到电子负载与频谱分析仪，也是一种比较理想的有效的测试方法。

Ⅷ 电化学工作站可以测试工作状态下燃料电池的交流阻抗吗

这是可以的，我以前用德国Zahner公司的电化学工作站就可以测。但因为工作状态下的燃料电池的交流阻抗通常是不稳定的，所以用仪器测出来的阻抗结果也是相应不太稳定的。如要准确测定交流阻抗，建议让电池在稳定的状态下进行测试。

Ⅸ 求助大神测试燃料电池iv极化曲线

看资料吧楼主
电源：输电压高于电池浮充电压电流般2倍于容量
电负载：电压高于测电池电源功率于电池电压乘电流2倍积
选费思电池充放电相关配件自完电池充放电接线切换
PC机台数采台（建议使用用监控电池充放电电压变化特性）
原则：所选仪器电压、电流功率限值均需于电池相关参数
力电池即工具提供力源电源指电汽车、电列车、电自行车、高尔夫球车提供力蓄电池采用阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池及磷酸铁锂蓄电池
电池主要参数 标称电压 电池内阻 电池容量 输能力
、电池放电参数测试
准备：负载 电池 电脑 测试线（两）远程联机线
（本测试针手操作查看界面键完）
接线图1：

1、电池内阻测试：
电池内阻指电流通电池内部受阻力包括欧姆内阻极化内阻极化内阻包括电化极化内阻浓差极化内阻电池内阻数充放电程随间断变化（逐渐变）
行业应用力电池内阻精确测量通直流放电进行测量
直流放电内阻测量
根据物理公式R=V/I测试设备让电池短间内（般5~18秒）强制通恒定直流电流（目前般使用0.5C/1C/2C/4C等电流值进行测量）测量电池两端电压降并按公式计算前电池内阻
本测试象力电池其工作程般都电流形式工作电池内阻要求非高保证内阻测量精度我选择利用电负载电池进行直流放电测量具体测试：
避免测试程线路损耗造产测量误差我采用四线制测量（两根电流控制线、两根采线作线损补偿）接线图1
线材要求：电流线服电流标要求采线要求联通即
电池内阻测试接线图图1
具体操作：
连接待测电池测量仪器电负载；
1）进入负载电池内阻测试界面shift+3；
2）设置测电池放电电流设置例2C（根据要求测量相关电流） ；
3）按始按钮始测试负载屏幕显示测电池内阻
4）相应功能测试及设置跟手相同
注：要测量电池内阻线路电阻要考虑进条短短仪器电池连接线本身存电阻（约毫欧级）电池与连接线接触面存接触电阻些素必须都仪器内部事先做误差调节
2、电池容量测试：
电池容量电池性能重要性能指标表示定条件（放电率、温度、终止电压等）电池放电量即电池容量通安培、单位（简称安A.H表示1A.h=3600C）电池容量C计算式C=∫t0It1dt (t0t1间内电流I积). 某放电率于25℃放电至终止电压所提低限度容量设计与产规定电池容量叫做某放电率RH额定容量电池容量般AH(安培)计算放电电池（恒流）I×放电间（)T
恒流放电测试容量：
1） 连接电负载与测电池间测试线本处采用四线制测量接线图
2） 电负载进入电池容量测试界面shift+4
3）根据测电池设置放电电流 本测试设置80安培（根据测试要求0.5C/1C/2C/4C）
4）设置终止电压（电池放电截止电压）
5）始测试
6）相应功能测试及设置跟手相同
3、电池输电流（电池保护板ocp点测试于电池相连测试）：
1）连接电负载与测电池间测试线本处采用四线制测量接线图
2）电负载进入OCP测试界面shift+5
3）根据测电池设置起始电流 本测试设置20安培
4）设置步进电流（电流增量）
5）设置终止电压（稍低于电池保护板低压保护点）
6）设置步进间（间间隔）
7）设置电流值（稍于电池保护板流值）
8、始测试
9）相应功能测试及设置跟手相同
4、电池放电其测试：
脉冲放电：模拟电池使用比直流电机控制板环境
测试：测试使用态功能监控容量电压曲线
工况模拟：模拟实际使用状况
测试：测试使用序列功能模拟实际工况状态测试循环测试保护板保护稳定性测试

Ⅹ 请教电池交流阻抗测试方法

目前，电池阻抗的测量方法主要有两种，一是单一频率逐次测量法，二是多频率的快速测量方法。
基于外部提供单一正弦频率的激励设备进行阻抗测量的方法，虽然具有较高的测量精度，但是其测量电池的阻抗谱，如测量0.01hz～1000hz频率的阻抗谱，往往需要数分钟的时间。此外，基于单一正弦频率的激励测量方法只能应用于离线的阻抗测量，且具有较高的成本。
对于多频率快速测量方法的研究，主要依靠信号处理的手段，如快速傅里叶变换(fft)，离散拉普拉斯变换(dft)等。上述基于傅里叶变换以及拉普拉斯变换获取电池阻抗的方法，虽然从一定程度上实现了电池阻抗的获取，但是由于电池阻抗具有一定时效性，不同时刻的电池阻抗是不同的，而傅里叶变换包括快速傅里叶变换缺少信号的时域信息，这一特性使得通过该方法获得的阻抗具有不确定性。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种充电时蓄电池阻抗快速测量方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种充电时蓄电池阻抗快速测量方法，用以在电池充放电过程中获得蓄电池阻抗，包括以下步骤：
1)将待测量蓄电池和充电装置连接；
2)利用充电装置对待测量蓄电池进行充电和放电产生电流阶跃信号，生成变化的电流和电压；
3)在蓄电池充放电期间采集蓄电池上的电压和电流信号；
4)分别对采样采集到的蓄电池电压和电流进行小波分析，并通过电压与电流小波变换系数之比得到蓄电池阻抗值。
所述的步骤2)中，利用跳变电流进行阻抗测量计算，实际应用时跳变电流方向可选正或负，跳变前的电流可为0或不为0，产生电流阶跃信号的四种情况实际上是电流方向和跳变前电流的四种组合，则有：
待测量蓄电池初始状态为输入或输出电流为0，利用充电装置对待测量蓄电池进行充电，产生充电电流阶跃信号；
待测量蓄电池初始状态为输入或输出电流为0，利用充电装置对待测量蓄电池进行放电，产生放电电流阶跃信号；
待测量蓄电池初始状态为输入或输出电流不为0，利用充电装置对待测量蓄电池进行充电，产生电流阶跃信号；
待测量蓄电池初始状态为输入或输出电流不为0，利用充电装置对待测量蓄电池进行放电，产生电流阶跃信号。
所述的步骤3)中，分别对电池包、并联电池模组和电池单体的电压、电流进行测量。
所述的步骤4)的小波分析中采用morlet小波作为小波基。
所述的步骤4)具体包括以下步骤：
41)对电流信号进行分析时刻提取，选择电压和电流信号变化的瞬间时刻作为分析时刻b；
42)根据香农熵最小原理确定带宽参数fb和中心频率fc；
43)根据阻抗测量需求确定分析频率f，采用公式a＝fc/f确定尺度因子a；
44)计算电压和电流信号在尺度因子a、分析时刻b、带宽参数fb和中心频率fc下的小波变换系数，分别得到电压小波系数u(a,b)和电流小波系数i(a,b)；
45)根据阻抗计算公式z＝u(a,b)/i(a,b)计算电池的阻抗。
所述的步骤41)中，提取电流信号进行分析时刻具体包括以下步骤：
411)对电流信号进行交叉窗分段处理；
412)根据每一段信号的标准差，获取发生变化的信号所在的信号段，即目标信号段；
413)对目标信号段进行低通滤波处理；
414)对处理后的目标信号逐一求导，获取变化信号的开始时刻，即为分析时刻b。
电压小波系数u(a,b)和电流小波系数i(a,b)的计算式分别为：

其中，u(t)为电压信号，i(t)为电流信号，为母小波ψ(t)在尺度因子a和平移因子b下的子小波，t为时间。
小波分析时刻的选取还可以由控制充电装置产生相应阶跃波形的控制器直接给出。
本发明所提出的充电时电池阻抗快速测量方法主要包括充电装置连接，施加电流阶跃信号，电压、电流值采样和阻抗计算四个关键步骤，与现有技术相比，本发明方法优点如下：
(1)不需要外界设备施加正弦激励，只需在电池充电时利用充电装置产生一个阶跃电流信号作用到电池上，通过电池电压和电流测量装置单元测量电压和电流信号后再利用本发明所述方法即可进行电池阻抗测量计算；
(2)宽频阻抗计算时间短，相比于单一正弦频率逐次施加至电池上，本发明方法利用阶跃信号谐波成分丰富的特点可在短时间内实现宽频率的阻抗测量计算。
总之，本发明所述方法可进行快速、准确的阻抗测量，为阻抗测量实时性要求高的应用场合提供基础。
附图说明
图1为本发明的总体流程框图。
图2为实施例中充放电瞬间得到的电压、电流波形，其中，图(2a)为在开关闭合时的电流波形，图(2b)为在开关闭合时的电压波形。
图3为本发明所提出的方法所测量得到的阻抗值与真实值的对比。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明以电池的阻抗作为目标，而阻抗是一个包含幅值和相角的复值对象，因此在小波类型上应该选择复值小波，复值小波可以很好的表达相位信息。此外，电池阻抗的研究一方面会涉及到信号特征提取，另一方面还要对信号进行频域上的定位，因此需要选择非正交小波作为小波基函数。morlet小波是由gaussian函数调节的指数复值小波，其虚部是实部的hilbert变换，满足复值小波和非正交小波的要求。并且morlet小波基可以达到与信号相匹配的时间或频率分辨率，能够提供显式的尺度与频率的关系，非常适用于阻抗的计算。此外，morlet小波中还包含着更多的振动信息，小波功率可以将正、负峰值包含在一个宽峰之中，因此本发明采用morlet小波作为小波基进行研究。
morlet小波的数学表达式为：

其中，fc表示函数的中心频率，fb表示带宽变量。改变fc可以改变小波分析时的目标频率成分。
对于一个信号f(t)，它的morlet连续小波变换分解为：

式(2)中，w(a,b)为小波变换系数，a为尺度因子(a>0)，b为平移因子，为ψ(t)的共轭函数，ψa,b(t)为母小波ψ(t)在尺度因子a和平移因子b下的子小波。
对于电池的阻抗测量，可分别对同一时刻的电压和电流的时域信号做以morlet小波为基的小波变换：

则电池阻抗表达式为：

由于小波变换的本质是对信号进行滤波和分解，是将信号分解到各个频率上，认为无需对电池从外部加载激励信号，可利用电池本身放电过程中产生的电信号变化(如开关瞬间的电压和电流信号)作为分析对象，这样就无需外部激励源，从而简化系统。
本例中的实验对象采用容量为2850mah三星18650型锂离子电池，在充放电瞬间得到的电压、电流波形，电流为500ma阶跃，如图2所示。采用采样率10khz对电池电压和电流信号进行测量。按照本发明所述方法进行阻抗快速计算。通过在电压、电流变化时刻进行小波分析，可以得到如图3所示的不同频率下的电池阻抗谱。且可以看到所测量得到的阻抗与真实值相接近。