均温板在质子交换膜燃料电池堆热管理中的应用

柏兴应 简弃非 罗立中 赵晶 黄碧

(华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东 广州 510640)

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种新型的能量转换装置，由于其具备能量转换效率高、运行温度低、能够快速启停、燃料来源广、零排放无污染等优点，而被视为航空航天、汽车运输、发电系统等领域的未来动力源[1- 2]。但质子交换膜燃料电池在高效转化能量的同时也伴随着巨大的产热量，如果热量无法有效移除，过高的温度将会影响燃料电池的输出性能，甚至破坏燃料电池部件造成不可逆损坏[3]。因此，质子交换膜燃料电池的有效热管理成为了当今学界的热门课题之一，许多专家学者围绕燃料电池的热管理策略开展了大量研究。

合理的热管理策略是质子交换膜燃料电池具有良好输出性能的关键。液体冷却和空气冷却是目前最常用的两种冷却方法[4]，通过水泵或空压机驱动冷却工质在双极板间的冷却通道流动，带走电化学反应产生的热量。这两种方式虽能有效散热，但同时也带来了额外的功率损失，还增加了系统的复杂性。而基于相变传热原理的热管技术，结构简单、散热效率高且无附加动力源，极大降低了PEMFC系统的制造成本。Anggito等[5]利用热管技术，将PEMFC电池堆的产热与金属储氢进行热耦合，实现了电池堆余热的再利用，但储氢器吸收供氢所需热量后，电池堆大部分产热仍需另设冷却系统散热。Paula等[6]设计了一种用泵辅助毛细回路和热管结合的两相换热，来替代低效的单相气液散热作为燃料电池堆的冷热管理方案，发现两相换热组合系统能将电池堆加热并维持在70～90 ℃的区间内。……