燃料电池发动机水热管理仿真分析综述

戴刘亮

摘要：质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型，可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源，是当前新能源领域的研究热点。主要针对质子交换膜燃料电池不同维度的水热管理仿真模型的研究现状进行了论述。

关键词：质子交换膜燃料电池（PEMFC）;仿真模型;水热管理

Abstract： As an important type of fuel cells， proton exchange membrane fuel cells can be applied to automobiles and small-scale power stations and portable mobile energy sources， which is currently a popular research topic in the field of new energy. This paper mainly discusses the research status of simulation models in different dimensions for water and thermal management of proton exchange membrane fuel cell.

Key words： proton exchange membrane fuel cell （PEMFC）;simulation model;water and thermal management

1  背景

随着科技的发展，对能源的需求越来越大，而我国的化石能源资源供应有限，无法满足日益增长的能源需求;同时化石能源的大量使用会造成严重的环境污染，与可持续发展观相违背，因此对于找到一种清洁的可持续发展的新能源显得至关重要。

目前已知的新能源有太阳能、风能、氢能、核能、潮汐能、地热能等。氢燃料电池作为一种能源转化装置可以将化学能直接转化成电能，能量利用效率高，具有广阔的发展前景。燃料电池的应用领域广泛，比如车用、船用、航天航空、备用电源、发电站等多个领域。质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）作为一种常见的燃料电池具有能量利用效率高、零排放、简单和低成本的潜力、无噪声、工作温度低的特点。但是，就目前而言PEMFC的大规模商业化受限于三个因素：成本、使用寿命以及性能[1]。

2  热管理的重要性

PEMFC工作的主要原理是氧化还原反应，氢气与氧气以不燃烧的方式产生化学反应生产水、电能以及热能，化学方程式如下：

阳极：H2→2H++2e-

阴极：1/2O2+2H++2e-→H20

总反应：1/2O2+2H+→H20+电能+热能

在燃料电池运行中存在多种传输现象，比如在气体传输中的气液两相的传输、气体的传输、水的蒸发与凝结、质子交换膜中水的吸附与解吸附、化学反应中的电子与质子的传输以及热传导等等，而这些现象都与温度密切相关。……