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质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用氢能作为燃料,避免了燃烧的过程,通过电化学反应将化学能转化为电能,具有高能量效率、绿色无污染、启动快以及无噪音等优点,引起了广泛地关注和研究。要保证PEMFC在工作温度范围内正常运行要对电池进行散热,使电池温度不超过极限值并且足够均匀,尤其是质子交换膜部件。对于大功率的PEMFC,一般采用在双极板上加工出冷却流道,采用液冷方式进行散热,这一方式不仅增大了双极板的加工成本,也使得电池结构更为复杂,运行成本更高。本文采用仿真计算的方法,使用Fluent软件建立了单通道和多通道的PEMFC模型,试图研究一种新的散热方式,即通过高导热双极板直接散热的方式来代替液冷散热,并研究了在该方法下PEMFC的尺寸范围。从而得出通过提升双极板热导率可实现大尺寸的PEMFC或优化其热管理系统。首先,论文使用Fluent软件建立了单通道的PEMFC模型,并分析了工作电压、双极板热导率以及对流方式等因素对电池内部温度分布的影响。研究结果表明:电池的最高温位于质子交换膜上,当工作电压较小时,电池产热更多,温差更大,能量转化效率更低;在一定范围内,提升双极板热导率有助于电池内部散热,持续提升热导率效果不明显且增大材料成本;在对流条件下,双极板热导率提升至500W/m·K时,膜上最高温降低了0.40 K,膜上最大温差从1.00 K下降至0.30 K。论文使用Fluent软件建立了10、20、30流道的PEMFC模型,并增加冷却流道,比较双极板热导率的提升和增加冷却流道对温度分布的影响。研究结果表明:流道数量越多,相应的双极板尺寸越大,中心温度越高,提升热导率后,30流道的电池中心温度降幅最大;对于带冷却流道的电池模型,质子交换膜上最高温与流速是线性关系,不受尺寸影响;当冷却水流速为0.035 m/s时,膜上温差为3.0 K,对于20流道的PEMFC,热导率提升至200 W/m·K可达到相同的温差结果,对于30流道的PEMFC,热导率提升至500 W/m·K可达到相同的温差结果,即在该条件下双极板热导率的提升可以代替液冷散热的效果。最后建立了在双极板热导率为500 W/m·K时大尺寸的PEMFC,当电池横向尺寸达到80流道(0.128m)时,质子交换膜温差大于10 K,小于双极板热导率为100 W/m·K时40流道(0.064m)时的质子交换膜温差,即在该条件下高热导率的双极板可以使电池的尺寸增大一倍。