PEMFC分区电流测量的关键影响因素分析*

刘旭东，魏学哲，陶建建

（同济大学新能源汽车工程中心，上海201804）

前言

质子交换膜燃料电池（PEMFC）一般具有较大的电化学反应有效面积，尤其是在车载应用下。建立多维机理模型以分析PEMFC内部的电流密度、反应气体和水含量等参数分布的不一致性，其仿真结果需要与可靠的分区测量实验数据进行比较，以验证模型，从而为PEMFC设计与控制的优化提供依据。其中，针对电流密度，近年来有不少研究采用各种方式以测量PEMFC主平面内的二维电流密度分布。该测量需要解决两个基本问题：一是分区集流，即对膜电极（MEA）和双极板等部件中的哪一些进行分区，之后通过怎样的集流体将各分区电流引至电流传感器；二是电流检测，即采用何种原理转换电流信号，常用的有欧姆定律、霍尔原理和软磁体的磁化等。

Weng等［1］将MEA、双极板和集流板等部件均分为8个独立的分区，各分区电流分别引至外部，事实上形成了多个子电池，各子电池可单独连接电子负载并测量电流。Liang等［2］仅对集流体和端板进行分区，分区电流引至外部后通过15个LEM LT58⁃S7霍尔元件，利用霍尔原理测量电流。Peng等［3］设计的多层印制电路板（PCB）的两面分别由镀金焊盘与PEMFC部件接触以集流，电流被焊盘上的一组过孔引至PCB中间层埋入安装的分流电阻，再通过另外一组过孔引入PCB反面，类似的集成测量元件的PCB设计也被其他研究采用［4-7］。基于PCB的设计无须或仅对双极板进行分区，改动小，应用方便，是现阶段常用的分区电流密度测量方式。……