水冷型質子交換膜燃料電池溫度控制策略

陳維榮， 李艷昆， 李 巖， 趙興強

(西南交通大學電氣工程學院，四川成都 610031)

質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)作為一種新型低溫燃料電池，具有功率密度高、工作溫度低、噪聲小、易于攜帶等特點.工作溫度作為PEMFC重要參數之一，對PEMFC系統的氣體傳輸特性、膜的含水量、催化層的催化活性、輸出特性甚至工作壽命等都會產生不同程度的影響[1]，因此，有必要對溫度控制進行研究.PEMFC工作時，產生約40% ～60%的熱量，為維持電池組工作溫度的恒定，多余的熱量必須及時排出[2-3].已有文獻對燃料電池溫度控制建模及實驗測試進行了大量研究工作.文獻[4]建立了循環水管理物理模型，在優化循環水系統配置、簡化控制系統參數等方面做了一定研究工作;文獻[5]針對Ballard PEMFC電堆提出了一種水熱管理模型，能預測電堆動態運行過程中的電堆溫度、電壓、功率等信息;文獻[6]分析了空氣流量、冷卻液流量、空氣溫度、冷卻液溫度對中冷器冷卻效果的影響;文獻[7]分析了燃料電池溫度與熱量的關系，建立了燃料電池的簡化熱理模型，設計了基于模糊PID算法的控制策略;文獻[8]通過熱成像方法，測試了燃料電池溫度分布情況;文獻[9-11]分別采用模糊PID融合控制、模糊增量PID控制、增量PID控制，實現了PEMFC最優溫度控制，并通過實驗揭示了電堆存在最優工作溫度的特性.

上述文獻及實際測試中，對燃料電池的溫度控制基本通過調節散熱器風扇轉速控制電堆冷卻水入口溫度，調節循環水泵轉速控制電堆冷卻水出……