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关键词：质子交换膜燃料电池；欧姆阻抗；断电法
极化曲线是燃料电池的基本特性曲线，Kim等提出半经验模型来描述燃料电池的极化特性：
其中：b1lgI代表活化损失，m exp(n1)代表浓差损失，RΩI代表欧姆损失。通常燃料电池工作在中间电压区域，此时欧姆损失是影响燃料电池性能的最主要因素。因此在燃料电池数学模型中，欧姆阻抗RΩ直接决定仿真结果的准确性。典型的质子交换膜
燃料电池(PEMFC)极化曲线如图l所示。
Verbrugge采用Nernst-Planck方程通过研究膜的电导率，计算RΩ；Zawodzinski等基于实验的半经验模型研究了膜中水的扩散系数随膜中水含量和温度的变化对膜电阻的影响;Jeferson等提出等效电路模型模拟了质子交换膜燃料电池的动态过程；莫志军等提出广义内阻的概念并进行了实验测量；郭建伟等用交流阻抗法研究了燃料电池的欧姆阻抗；Tuomas等用断电法测得燃料电池堆的总欧姆极化和堆内各个单电池的欧姆极化之和，并对测试结果进行比较。这些研究未给出各种工作条件对RΩ的影响规律。本文将通过试验方法开展这方面的研究。
l 试验方法
质子交换膜欧姆阻抗测量装置如图2所示。燃料电池测试台架分别控制燃料电池的工作温度，阴极和阳极的进气压力、进气露点温度和进气流量。
Buchi等人的研究结果表明，欧姆损失降低到初始值的1％，从断电开始算起只需0．5 ns的时间，同时指出，从实验结果估算，最快的电化学反应时间大致为10 ns左右。根据以上这些估计，电阻测量的时间窗口大致为断电后的10 ns。但是因为测量系统的误差以及电感效应等影响因素，在实际测量中发现断电过程用时远远大于10 ns，所以必须根据实际情况选取合适的测量时间和测量频率。为区分出欧姆极化和其他极化，试验中应该采取尽量高的采集频率。试验中采用LMS公司SCADAS Ⅲ数据采集系统进行数据采集，采集频率为200 kHz。
阶跃法和断电法都是测量燃料电池欧姆阻抗的常用方法。本试验采用断电法进行测量。先保持一个固定的电流In，再突然断电，电压变化的线性部分为△U，电流和电压变化如图3所示，则燃料电池的欧姆阻抗为
2 试验结果与分析
试验用燃料电池堆由2片单电池组成，采用NafionR 112质子交换膜，电池面积为154cm2。
图4是试验中采集到的断电过程的电压和电流信号(为标注方便，t轴起始坐标标注为0)，与图3相比，电压信号在线性上升阶段产生了一个局部最大值，然后在经历了一个振荡过程后按照指数形式逐渐上升。此局部最大值是由燃料电池堆和负载线中的电感产生的感应电动势造成的，因此应该按照图4的方式判断电压信号在线性上升阶段和指数上升阶段的分界点Us。
以下分别讨论工作温度、进气相对湿度、过量系数和工作压力对欧姆阻抗的影响，为与其他试验结果进行对比，将电池堆工作电压以单片电压u表示，将电池堆欧姆阻抗RΩ转化为单片电池单位面积欧姆阻抗rΩ，将电流I转化为电流密度J：
其中：n为电池片数，A为燃料电池单片面积。
2．1 工作温度对欧姆阻抗的影响
保持工作压力为0．15 MPa绝对压力不变，当工作温度由40℃提高到60℃时，燃料电池欧姆阻抗变化如图5所示。同样在进气饱和增湿条件下，随着工作温度的升高，进入到燃料电池堆中的水蒸气逐渐增多，质子交换膜的润湿情况逐渐变好，极化曲线逐渐提高。
小电流密度情况下，欧姆阻抗随工作温度变化较大，在O．1A／cm2的电流密度下，欧姆阻抗由60℃时的O．16Ω·cm2减小至40℃时的O．1 2 Ω·cm2。这是因为试验中采用定空气流量的控制方式，当电流密度较小时，一定供气流量的空气过量系数较大，质子交换膜容易被吹干。大电流密度条件下，欧姆阻抗随工作温度的变化较小，这是因为电流密度增大时，反应生成水增多，空气过量系数变小，不足以将膜吹干，质子交换膜得到较好的润湿，欧姆阻抗的差异变小。
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