汽车燃料电池系统蒸发冷却和液体冷却方法的比较

汽车燃料电池系统蒸发冷却和液体冷却方法的比较

尽管燃料电池比内燃机有更高的热效率，但由于燃料电池工作温度较低并减少了热排放，因此使得燃料电池的散热性仍然面临着问题。本文详细介绍了一个完整的系统仿真，该系统仿真将应用传统液体冷却的燃料电池系统与应用蒸发冷却的燃料电池系统进行了对比，目的是定量比较不同系统的热交换需求和系统布局，同时该系统的仿真考虑了稳定状态和热瞬态的工作状况。

本文用于对比的模型基于一个60kW质子交换膜燃料电池系统。除了蒸发冷却中液态水的补充和液体冷却中的热传递两方面不同以外，两种冷却方法中使用到的燃料电池模型都是一样的。本文对应用的蒸发冷却燃料电池堆和热交换模块在实际操作条件下进行了独立验证。因此，当燃料电池堆和热交换模块合并时，可以合理的假设这些模型能够给出代表性结果。使用上述方法，在Matlab/Simulink中对3个燃料电池系统进行了仿真。

结果显示，在1.25A/cm2电流密度的稳态操作下，蒸发冷却系统实现相同的热平衡和水平衡的状态下，应用铝制的冷凝散热器的迎风面积比传统的液体冷却系统要少27%。散热器迎风面积减少的主要原因是在冷凝器中因相变引起的传热系数变大。尽管需要较高的液态水分离率来获得迎风面积减少27%，但应用蒸发冷却而获得的冷却效率却显著提高。同时显示了液态水分离率对于蒸发冷却系统所需的散热器迎风面积有显著的影响。

刊名：International Journal of Hydrogen Energy（英）

刊期：2016年第26期

作者：A.Fly et al

编译：于雅静