车用燃料电池发动机热管理系统研究

车用燃料电池发动机热管理系统研究1
陈 潇，汪茂海，张扬军，张 钊
(清华大学汽车5-程系汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084)
摘要：建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型，该模型能考虑系统内各部件间厦部件与电池堆间的相互
影响}应用谊模型计算分析了某65 kW 车用燃料电池热管理系统对燃料电池堆性能的影响、热管理系统运行参数
的控制依据和散热器布置形式的影响等。结果表明，应主要通过调节冷却风扇转速来调整电池堆温度，通过调节
冷却水泵来保持电池堆进出口水温温差；散热器并联要优于散热器串联。
关键词：燃料电池发动机；热管理系统；相互作用；风扇；水泵
一 中圈分类号：TK91 文献标志码：B 文章编号：1001-2222(2006)06—0012—04
燃料电池发动机是燃料电池汽车设计研究与开
发的主要内容[】]。热管理对燃料电池发动机的性
能、寿命和运行安全具有决定性影响，是燃料电池发
动机研究与开发的核心关键技术之一l2 ]。
燃料电池发动机热管理是从系统集成和整体的
角度控制并且优化燃料电池发动机的热量传递过
程，完善地管理并合理利用热能、冷却散热及节能降
耗，改善燃料电池发动机的性能 ]。
目前，大部分燃料电池热管理的研究只考虑散
热[6_8]，而对系统内各部件相互影响的研究不多。
Zhang Y．J．等人建立了燃料电池发动机的热管理
系统模型，分析了系统运行参数及参数间相互作用
对系统热性能的影响，但未考虑热管理系统对电堆
性能的影响l9]。
本研究建立了质子交换膜燃料电池发动机热管
理系统模型，考虑了热管理系统内各部件及其与燃
料电池堆性能相互作用；运用该模型对某65 kW 燃
料电池发动机试验台的热管理系统进行计算分析，
仿真计算基于一维流体系统分析软件FLOWMAS—
TER2。
1 热管理系统模型
燃料电池发动机的热管理系统由散热器、风扇、
水箱、水泵和管路等组成，与燃料电池堆相连接，以
去离子水为冷却工质。图l所示的燃料电池发动机
热管理系统模型中，燃料电池堆为唯一的热源，热能
通过流体网络传递；该
模型忽略了燃料电池
堆通过其他途径散出
的热量。首先建立各
部件模型，然后按照