PEMFC分区电流测量的关键影响因素分析

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.08.005

摘要/Abstract

摘要：

车载质子交换膜燃料电池（PEMFC）在较大的有效面积内存在明显的电流密度不一致性，分区测量是研究电流密度分布的常用方法。为了研究测量精度的关键影响因素，在COMSOL中建立印制电路板和电池部件模型，进行有限元数值仿真。结果表明，装配压力在0.5-3.0 MPa内影响很小，电阻在1-100 mΩ内增大使测量精度大幅下降，电阻安装方式和分区数量影响有限，双极板电导率在x、y方向的影响更为显著，温漂几乎无影响。故为了提高测量精度，无须优化温漂和改变最佳装配压力，应选择小阻值电阻，按需选择电阻安装方式和分区数量，选用x、y方向电导率较小而z方向较大的双极板。

关键词: 质子交换膜燃料电池, 分区电流测量, 印制电路板, 侧向电流, 测量精度

Abstract:

Vehicle?mounted PEMFCs have obvious current density inconsistencies in a large effective area. Distributed measurement is a common method to study current density distribution. In order to study the key influencing factors of measurement accuracy， models of PCBs and cell components are established in COMSOL to perform finite element numerical simulation. The results show that the assembly pressure in the range of 0.5-3.0 MPa has little influence. Measurement accuracy is greatly reduced when resistance value of the resistance increases from 1 mΩ to 100 mΩ while resistance installation method and the number of segments have limited influence. The conductivities in x and y directions of the bipolar plate have more significant impact and the temperature drift has little influence. Therefore， to improve the measurement accuracy， there is no need to optimize the temperature drift and change the optimal assembly pressure. Resistor with small resistance should be used， choosing resistor installation method and the number of segments according to the needs and bipolar plate with smaller conductivity in x and y directions and larger conductivity in z direction should be selected.

Key words: proton exchange membrane fuel cell, distributed current measurement, printed circuit board, lateral current, measurement accuracy

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图/表 15

图 1

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图 3

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参考文献 18

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参数	数值/符号
长×宽×高/mm	90×90×3
反应区域/mm	50×50
流道截面/mm	1×1
流道数量	5
流道脊宽度/mm	1
定位孔径/mm	10
定位孔距/mm	66
气体进出口区域/mm	9×2
集流分区数量	n×n
x方向电导率/（S·cm^-1）	σ_x
y方向电导率/（S·cm^-1）	σ_y
z方向电导率/（S·cm^-1）	σ_z

参数	数值/符号
长×宽/mm	50×50
高/mm	h_gdl
集流分区数量	n×n
x方向电导率/（S·cm^-1）	45
y方向电导率/（S·cm^-1）	26
z方向电导率/（S·cm^-1）	σ_gdl
与双极板的接触电阻/（mΩ·cm²）	ρ

符号	数值
n×n	3×3
σ_x/（S·cm^-1）	100
σ_y/（S·cm^-1）	100
σ_z/（S·cm^-1）	20
P/MPa	1.5
h_gdl/mm	0.305
σ_gdl/（S·cm^-1）	5.24
ρ/（mΩ·cm²）	2.72
j₀ /（A·cm^-1）	1
R /mΩ	5
R_e/mΩ	6.708 7

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