来自HyCentA研究有限公司（奥地利）的研究报告，经友好授权发布

       阻抗谱是一种广泛应用于电化学系统开发过程的测量方法，包括电池、超级电容器、燃料电池，以及功率等级逐步提升的电解槽堆栈。电化学阻抗谱（EIS）能够提供关于电化学电池及堆栈内部过程的关键信息，并为详细描述和量化故障与损耗机制提供可能。在堆栈开发过程中使用高功率等级EIS的主要动机包括：

• 理解堆栈设计

• 洞察电池间的电压差异

• 描述双极板等堆栈部件及其对性能的影响

• 监测表征堆栈健康状态的测量值

       除本报告外，另附应用说明详细介绍了实施EIS时面临的挑战，以及如何通过REGATRON瑞士瑞佳通电源解决这些问题。

测试台架

• PEM和AEM电解堆栈，功率范围1至15 kW

• 阴极压力高达160 bar

• 可在阳极/氧气侧（含浓度）的爆炸性环境中运行

• 堆栈中每个电池的电压监测

• 多通道并行EIS测量（支持最多24个电池）

• EIS频率范围：0.01 Hz – 10 kHz

图注：HyCentA研究中心的H-Tech PEM测试堆

       得益于极高的控制动态性，REGATRON瑞士瑞佳通 G5电源装置可实现高达10 kHz的电压和/或电流调制。设备已集成所需函数发生器，但为扩展调制选项，常搭配简易波形发生器使用。因此，本文件描述的EIS方法可轻松实施，并支持更高功率扩展。 

HyCentA与REGATRON瑞士瑞佳通联合测试台解决方案

图注：测试系统拓扑结构

       上图展示了测试系统的拓扑结构。控制软件负责协调测试时序。尽管REGATRON瑞士瑞佳通 G5电源已内置函数发生器，本系统仍配置外部设备以提供更多调制选项。如图所示，G5电源同时为PEM堆栈的电解直流电流和叠加的调制电流供电，无需额外功率调制器！

       电解电流主要为平滑直流，而正弦测量电流则是交流，非常适合测定“交流电阻”。根据电气工程原理，此电阻即为目标阻抗，通过逐点测量并记录全频段阻抗变化轨迹。

EIS测试结果

图注：完整EIS测试的奈奎斯特图

       图中展示了某PEM原型堆栈各电池的奈奎斯特图，其中每个电池的特征阻抗均单独呈现。各电池曲线相似，但沿实轴（水平方向）存在偏移，可归因于电池间接触电阻不均，表明堆栈设计缺陷、组装问题或个别电池故障。 

图注：14电池PEM堆栈的波特图

       此处为波特图，其优势在于直接展示阻抗的频率依赖性。相位图中的红色虚线交叉点指示最高频率（5 kHz）处的零交叉。这些零交叉出现在1 kHz至5 kHz范围内，表明10 kHz以内的信号调制足以支持此类分析。需注意，测量中的电感部分已无法提供有效的电池信息。 

结论

       HyCentA通过REGATRON瑞士瑞佳通设备结合数据采集系统成功实现了可靠的EIS测量。该设备操作简便且功能完备，其核心优势在于可单机输出直流工作点与调制信号，无需外部调制器或其他电源设备，从而确保高信号质量（无其他电力电子干扰）。此外，外部函数发生器提供的模拟信号为系统搭建和测量自动化提供了更高灵活性。直流工作点与交流信号的分离对集成至具备现场总线通信接口的测试台至关重要，同时可提升调制信号的信噪比（模拟信号无需承载高直流偏移）。 

       HyCentA是奥地利唯一专注于氢技术的非大学研究机构，成立于2005年，与工业界及高校合作开展国际研发项目，涵盖氢技术的生产、分配、储存与应用全领域。其在工程、仿真、测试、测量技术与教育领域拥有深厚积累，并与格拉茨理工大学紧密合作开展教育项目。 

REGATRON瑞士瑞佳通电源：多功能 · 可靠 · 智能

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