电堆状态在线诊断是燃料电池发动机运行中不可或缺的功能|详解燃料电池电堆状态在线诊断技术( 二 )

在此基础上，宝马还开发了基于电化学阻抗谱中容抗参数的分析诊断。研究发现，随着氧含量的减少，电容值会增大，如图5所示。因此，若在电压下降的同时监测到电容增加，则可说明是由于缺氧引起的电压下降。

图5双层电容和电压、氧含量的关系
电堆的阻抗可以采用图6右侧的等效电路进行模拟，当电堆内部参数发生变化时，相应的等效电阻与电容值也会发生变化。如图6左侧所示，长方体区域是电堆正常状态下的电阻与电容值，当电堆出现缺氧、缺氢及膜干等故障时，对应的等效电阻与电容会发生变化。

图6正常状态和发生故障时等效电路参数的变化
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巴拉德
大部分阻抗测试仪的测量电压有限，无法在大功率电堆的高压状态下进行测试。巴拉德设计了一种DCLevelReducer（DLR）接口，在不影响交流电压分量的幅值和相位的基础上，降低响应电压的直流分量，从而在低于60V的情况下进行电化学阻抗谱（EIS）测量，以节省成本。
采用恒流法测量燃料电池的EIS时，需要对电堆施加交流电流扰动,并同时测量电堆的电压响应。如图7所示，交流电流激励电路（currentpathDLR）用于施加交流电流激励信号；电压测量电路（voltagepathDLR）具备降低直流电压分量的功能，用于测量电压响应。两个电路连接至EIS模块，以用于电堆阻抗等数据的计算。

图7使用DLR接口测量燃料电池EIS的系统框架
巴拉德分别测量了额定电压为30V和200V的燃料电池组的EIS ，采用DLR接口可使电压分别下降60%和60%-90% ，且测得的数据与未采用DLR接口的相比，误差很小，如图8所示，误差分别在0.8%和1.4%以内。

图830V(左)和200V(右)燃料电池采用/不采用DLR接口的EIS测量结果
考虑到采用单正弦波激励的EIS测量耗时长，该DLR接口还可以运用于多正弦波激励或Morlet小波激励等其他激励方式的测量方法，以缩短测量时间。
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