车用燃料电池热管理性能仿真与试验研究*

郑文杰，杨 径，朱林培，熊 飞

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州511434）

前言

燃料电池汽车作为一种清洁能源交通工具，具有高效节能、排放无污染等优势［1］，已经成为未来新能源汽车行业发展的一个重要技术方向。与传统的燃油发动机相比，燃料电池的效率要高10%～20%［2］，但是燃料电池对于工作环境温度的要求比较严苛。例如质子交换膜氢燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）的适宜工作温度一般在60～80 ℃，少数可达到90 ℃［3］。温度过低，会导致燃料电池内部催化剂活性降低、欧姆极化严重并使电池阻抗增加，从而降低电池性能。温度过高，会加剧电池内部液态水的蒸发而引发质子交换膜脱水干涸，阻碍氢离子的传导并降低电池的效率，长期高温还会损害电池寿命［4］。热管理性能作为影响燃料电池工作效率、寿命和安全的重要因素［5］，是目前燃料电池汽车研究的技术热点。

Adzakpa、Amphlet 和Pukrushpan 等［6-8］建立了电堆的动态仿真模型，分析电堆启动、负载阶跃变化和电堆停止时电堆电压及温度的动态变化。上述文献只对电堆本体的特性进行研究，并未考虑电堆外部的热管理部件，并且所建立的模型复杂度较高、计算效率相对较低，用于整车系统级的分析难度较大。对此，郭爱［9］建立了车用燃料电池热管理系统模型，研究了电堆电流、冷却液流速、旁路阀开度等因素对电堆及散热器入口与出口温度差的影响。常国峰等［10-11］建立燃料电池汽车热管理系统散热器模型，使仿真误差控制在10%以内。丁琰［12］基于AMESim软件建立整车热管理系统一维仿真模型，并对极端工况下的热管理性能进行评估。……