燃料电池是一种界面电化学反应的清洁能源技术,电堆是核心动力来源,由多个单片电池组装而成,电堆的性能发挥与膜电极的润湿状态息息相关。膜电极湿度降低,传质受阻,电导率急剧下降,欧姆极化增大,容易毁坏电池。湿度太高,又会出现水淹,堵塞气体通道,也伤电池。
那么,如何准确地掌握燃料电池电堆的干湿情况?这里就要用到一种关键技术——交流阻抗测量。
交流阻抗测量可以准确辨识电堆运行状态,基于这些运行状态数据辨识,有助于形成科学有效的氢燃料电池控制优化策略。它就像是一种“心电检测仪”,通过“心电频谱”的形式展示氢燃料电池发动机系统“心脏”——电堆的实时健康状态。
在业界,关于车用氢燃料电池发动机交流阻抗的测量,有多种技术方式:
比如,可以通过DC/DC变换器内嵌交流扰动硬件和电堆阻抗计算软件等方式获得电堆阻抗数据。但是这种方式会增加硬件成本,涉及到功率消耗的问题,且扰动频率、扰动幅值控制难度高,需要综合考虑DC/DC变换器的硬件性能。
也可以通过单片电压巡检器(CVM)的多通道特点来实现交流阻抗测量。这种方式对DC/DC变换器的软硬件控制要求不高,可操作性强,在采集单片电压数据的同时,也获得了阻抗的采集数据,具有“测量精度高、系统响应快、信号可控性好”的优势。这种基于CVM进行交流阻抗检测的方式,专业性较强,对CVM开发商的产品设计能力要求更高,如CVM产品的采样精度、抗干扰能力和实时计算能力等。
从实际应用来看,基于CVM方式进行交流阻抗测量比较受青睐。因为它是对电堆所有单片电池实现正负电压和阻抗的实时检测、显示、存储与查询,并对检测的单片电压和阻抗数据群进行实时分析处理,从而快速进行故障诊断。