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01技术背景
在燃料电池汽车中，燃料电池电堆是燃料汽车的核心部件，燃料电池电堆性能直接影响到动力系统的输出性能进而影响整个汽车的性能，因此在研究燃料电池汽车的时候，燃料电池电堆是关注的重点。燃料电池电堆的电极、催化剂、扩散层的材质，以及双极板的流道都能影响到电堆的性能，本工作研究不同的双极板流道型式对燃料电池电堆的性能的影响，可以从燃料电池电堆产生的功率，电压等方面去评判燃料电池的性能好坏。
02测试平台的搭建过程及样品处理
2.1 电堆安装
①将电堆放在升降平台车上，升降平台车的高度与测试台架的高度齐平，安装氢气管路，空气管路和冷却水管路。
②连接CAN通讯模块，来控制程序的正常进行，传递所需要的实验条件，并且采集电压，电流，功率等电信号，传递给电脑。
③接负载，负载连接为红色负载线对应为正极，黑色负载线对应为负极，电堆上电极的正负极对应为左面为正极，右面为负极。
④接通氮气吹扫管路，进行氮气吹扫。
完成测试设备与燃料电池堆或模块连接后，确认燃料电池堆各接口处不泄漏，并用手持式或其他类型的氢气检测仪检查燃料电池堆的氢气密封性。
图1 上海汽检氢能与燃料电池实验室电堆测试设备
2.2 电堆的预检
质子交换膜燃料电池电堆由很多零部件组成，包括质子交换膜,催化剂层，扩散层，双极板，在安装电堆的时候会出现没有密封完全的情况，导致气体泄漏。为了确保实验安全进行，需要对电堆进行绝缘检测，气密性检测等预检工作。
03实验方法介绍
首先选取三个分别具有直通道流道、蛇形流道，交指型流道的电堆作为研究对象，选取在96KW的电堆测试台架作为测试工具，在完成上述准备条件以后，开启测试软件来对选取的电堆进行极化实验：
①首先，通入冷却水，设置冷却水的量，等待10秒钟左右观察传感器检测实际值是否接近所设的水量，其次，设置冷却水的温度，将水温提升并保持恒温，最后，设置氢气温度以及空气温度。
②通过软件进行设置空气的进气量和氢气的进气量。
③通过软件设置氢气压力和空气压力，其次，根据实验的需求，点击开始运行，最后，进行极化测试。
④在电堆台架运行的过程中，要时刻观察监控软件上的电流，电压，以及功率的变化情况并且记录下这些数据，以便进行数据的分析研究。
⑤实验结束，降低电堆的电流，关闭氢气和空气的进气，通过氮气吹扫使电堆的电压以最快的速度降到最低，保证实验的安全性，同时通过冷却水，使电堆内部温度降低，拆下实验样品。
04三种流道实验数据及性能分析
为了更好的对比流道型式对燃料电池电堆性能影响的区别，将三种流道型式产生极化曲线放置于同一张图上，以便更好的比较性能的差异。
将三种流道产生的功率放置于同一张图中，以便能够直接的看出三种流道对性能影响的区别，选取1.4A/cm2-1.8A/cm2，做出电密-功率图。
图2直通道流道，蛇形流道，交指型流道功率对比图
在阴/阳极进口压力、温度相同，冷却液的进出口温度相同，以及气量完全相同的情况下，随着电流密度的增加，直通道流道的功率从80.21kW上升到了95.91kW，蛇形流道功率从80.51kW上升到了96.15kW，交指型流道的功率从81.20kW上升到了96.84kW,如图2所示，因此得出本次实验结果，在相同的实验操作条件下,产生功率的大小为：
交指型流道 > 蛇形流道 > 直通道流道
进一步的，为了实验的准确性和防止实验出现偶然性，改变实验条件再次进行功率密度-功率试验来验证流道型式对性能影响分析的正确性。本次实验条件相对于第一次实验改变了阳极气体流量，增大阳极气体流量，可以看出，不管是交指型流道，蛇形流道还是直通道流道，在增大阳极气体流量之后，产生的功率都会上升。
第二次实验，选取1.4A/cm2-1.8A/cm2，绘制直通道，蛇形，交指型流道电密-功率图。
图3直通道流道，蛇形流道，交指型流道功率对比图
随着电密的升高，在电密达到1.8A/cm2 时，交指型流道对应的电堆最高可以达到98.46kW，蛇形流道的最大功率为97.93kW,直通道流道的最大功率为97.58kW,因此在相同的实验条件下，交指型流道的功率最高，如图3所示。在低电流密度时，直通道流道，交指型流道，蛇形流道的功率以及电压的变化和差值相差不大，但随着电流的密度的增大，直通道流道功率较低，蛇形流道功率高于直通道流道，交指型流道输出功率高于其他两种型式流道。因此，在三种电堆流道型式中，若以高功率为电堆优化目标时，以交指型流道为最优选择。
05小结
通过研究燃料电池电堆三腔流道型式对性能的影响分析，可以发现不同流道型式的电堆，在相同的操作条件下，其表现出性能是不同的。燃料电池电堆三腔流道型式不同能够对燃料电池电堆的性能产生影响，优化的流道设计通过改善反应物与冷却液的均匀分布，可显著提升电堆的输出功率、运行稳定性和整体效率。
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