机车用350 kW燃料电池热管理系统设计

薛龙昌，刘佰博，贾红洋

（1.中车工业研究院有限公司，北京 100071；2.中车大连机车研究所有限公司，辽宁大连 116021）

0 引言

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是近年来能源动力领域取得重大突破与发展的重要技术，特别是在交通领域，氢能源汽车及轨道交通车辆成为备受市场关注的革新性产品［1－2］。在轨道交通领域，燃料电池列车由于其清洁环保、不需要单独架设电网、热效率高等优势受到了各国的青睐，目前日本、美国、法国、德国、英国等国家纷纷推出了其以氢能为动力的燃料电池列车［3－4］，中国中车集团也相继开发了氢燃料电池混合动力的有轨电车、机车［5－6］。质子交换膜燃料电池在机车等大功率场景的运用中，废气带走热量较小，大量的热量需要通过冷却系统带出，此外在较低环境温度和冷启动的时候，为维持适宜的反应温度需要通过加热设施对系统进行加热，因此相应热管理系统是影响其性能的关键系统，也是技术开发的难点。

针对燃料电池热管理系统，国内外已取得了一定的相关成果。其中汽车领域，对燃料电池热管理系统进行了大量的仿真与试验研究，成较为成熟的研究成果［7－9］。轨道交通领域，Hsiao等和Zinger等［10－11］以城市和特殊用途铁路的燃料机车为对象，分析了燃料电池系统相关特性。郭爱等［12］对150 kW 燃料电池机车进行热管理系统建模及仿真分析。付稳超［13］则开展了关于适用于城轨列车的燃料电池热管理系统的设计和研究工作。上述研究尚未进行针对200 kW等级以上机车用燃料电池热管理系统进行研究与设计工作，本文通过设计研究提出了一种适用于机车用350 kW 燃料电池的热管理系统，解决了系统匹配、控制策略等相关问题。……