車用燃料電池發(fā)動機(jī)熱管理系統(tǒng)研究

車用燃料電池發(fā)動機(jī)熱管理系統(tǒng)研究1
陳 瀟，汪茂海，張揚(yáng)軍，張 釗
(清華大學(xué)汽車5-程系汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100084)
摘要：建立了車用燃料電池發(fā)動機(jī)熱管理系統(tǒng)模型，該模型能考慮系統(tǒng)內(nèi)各部件間廈部件與電池堆間的相互
影響}應(yīng)用誼模型計算分析了某65 kW 車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對燃料電池堆性能的影響、熱管理系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)
的控制依據(jù)和散熱器布置形式的影響等。結(jié)果表明，應(yīng)主要通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來調(diào)整電池堆溫度，通過調(diào)節(jié)
冷卻水泵來保持電池堆進(jìn)出口水溫溫差；散熱器并聯(lián)要優(yōu)于散熱器串聯(lián)。
關(guān)鍵詞：燃料電池發(fā)動機(jī)；熱管理系統(tǒng)；相互作用；風(fēng)扇；水泵
一 中圈分類號：TK91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1001-2222(2006)06—0012—04
燃料電池發(fā)動機(jī)是燃料電池汽車設(shè)計研究與開
發(fā)的主要內(nèi)容[】]。熱管理對燃料電池發(fā)動機(jī)的性
能、壽命和運(yùn)行安全具有決定性影響，是燃料電池發(fā)
動機(jī)研究與開發(fā)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一l2 ]。
燃料電池發(fā)動機(jī)熱管理是從系統(tǒng)集成和整體的
角度控制并且優(yōu)化燃料電池發(fā)動機(jī)的熱量傳遞過
程，完善地管理并合理利用熱能、冷卻散熱及節(jié)能降
耗，改善燃料電池發(fā)動機(jī)的性能 ]。
目前，大部分燃料電池?zé)峁芾淼难芯恐豢紤]散
熱[6_8]，而對系統(tǒng)內(nèi)各部件相互影響的研究不多。
Zhang Y．J．等人建立了燃料電池發(fā)動機(jī)的熱管理
系統(tǒng)模型，分析了系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及參數(shù)間相互作用
對系統(tǒng)熱性能的影響，但未考慮熱管理系統(tǒng)對電堆
性能的影響l9]。
本研究建立了質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機(jī)熱管
理系統(tǒng)模型，考慮了熱管理系統(tǒng)內(nèi)各部件及其與燃
料電池堆性能相互作用；運(yùn)用該模型對某65 kW 燃
料電池發(fā)動機(jī)試驗臺的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行計算分析，
仿真計算基于一維流體系統(tǒng)分析軟件FLOWMAS—
TER2。
1 熱管理系統(tǒng)模型
燃料電池發(fā)動機(jī)的熱管理系統(tǒng)由散熱器、風(fēng)扇、
水箱、水泵和管路等組成，與燃料電池堆相連接，以
去離子水為冷卻工質(zhì)。圖l所示的燃料電池發(fā)動機(jī)
熱管理系統(tǒng)模型中，燃料電池堆為唯一的熱源，熱能
通過流體網(wǎng)絡(luò)傳遞；該
模型忽略了燃料電池
堆通過其他途徑散出
的熱量。首先建立各
部件模型，然后按照