[发明专利]一种燃料电池电堆交流阻抗测试方法和装置

说明书

本发明提供一种燃料电池电堆交流阻抗测试方法和装置，方法包括：获取m序列激励电流；将所述m序列激励电流作为激励信号加载到燃料电池系统中；获取燃料电池系统基于所述m序列激励电流生成的响应电压序列；对所述m序列激励电流进行自相关计算，得到所述m序列激励电流的自相关函数；对所述m序列激励电流和响应电压序列进行互相关计算，得到所述m序列激励电流和响应电压序列的互相关函数；对所述自相关函数和互相关函数进行傅里叶变换；基于公式计算得到燃料电池的阻抗谱Z_x(w)，实现了燃料电池阻抗的可靠测量。

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电堆交流阻抗测试方法和装置。

背景技术

现有技术中，电化学阻抗测量技术可以分为两类：频率域的测量技术和时间域的测量技术。

频率域测量技术有很多种，包括交流电桥法、选相调辉、选相检波、李萨如图法等。这些方法的基本原理是在每个选定频率的正弦激励信号作用下分别测量该频率的电化学阻抗，即逐个频率的测量交流阻抗。

交流电桥法的测量原理如图1所示，图1为交流电桥法的测试原理示意图，调节Z2至检测器D的值为零时利用公式Z₁Z₄＝Z₂Z₃可计算得到阻抗的值。这种方法是从电解质导电率测量方法演变而来，由于实验条件容易满足，曾经在很多实验室中得到应用。这种方法测得的结果虽然很准确，但是需要在每个频率点进行测量，这种扫频的方式耗时很长。

目前最常用的频率域阻抗测量方法是锁相放大器(lock-in amplifier)和频响分析仪(frequency response analyzer)。它们均是根据相关分析原理，应用相关器对正弦交流电流信号和电压信号进行比较，检测出两信号的同相和90°相移成分，从而直接输出电化学阻抗的实部和虚部。电路上的核心部分是相关器，主要包括乘法电路和积分电路，如图2所示，图2为频率域阻抗测量法的原理示意图，乘法电路用来实现两个信号的相乘，积分电路用来对相乘后得到的信号进行积分。采用这种测量方法，用不同频率的正弦波扰动信号逐个频率测量时，总的测量时间过长，被测系统很难在整个测量过程中保持稳定的状态，因此需要建立能在短时间内测出宽频域范围内阻抗的方法。

现阶段，多频率成分的测量模式也有一定程度的发展，如混频模式。混频模式下，首先要对测量对象中多个频率合成激励信号源，然后设计测量模块提取每个频率的分量对测量系统总的响应信号，再通过设计数字电路和模拟电路把各个频率成分从总的响应信号中分离，从而得到被测对象在各个频率点的响应值。混频模式的缺点在于在硬件上很难实现多频率激励信号相位的精确控制，且很难同时将更多路信号的正弦波进行混频。

另一大类是时间域的阻抗测量技术。任意周期波形，都可以表示为多个正弦矢量的叠加，这些正弦矢量包括一个频率为基频f₀＝1/T₀(T₀为基频周期)的正弦波以及多个f₀的谐波，即

或者写为