汽車燃料電池系統蒸發冷卻和液體冷卻方法的比較

汽車燃料電池系統蒸發冷卻和液體冷卻方法的比較

盡管燃料電池比內燃機有更高的熱效率，但由于燃料電池工作溫度較低并減少了熱排放，因此使得燃料電池的散熱性仍然面臨著問題。本文詳細介紹了一個完整的系統仿真，該系統仿真將應用傳統液體冷卻的燃料電池系統與應用蒸發冷卻的燃料電池系統進行了對比，目的是定量比較不同系統的熱交換需求和系統布局，同時該系統的仿真考慮了穩定狀態和熱瞬態的工作狀況。

本文用于對比的模型基于一個60kW質子交換膜燃料電池系統。除了蒸發冷卻中液態水的補充和液體冷卻中的熱傳遞兩方面不同以外，兩種冷卻方法中使用到的燃料電池模型都是一樣的。本文對應用的蒸發冷卻燃料電池堆和熱交換模塊在實際操作條件下進行了獨立驗證。因此，當燃料電池堆和熱交換模塊合并時，可以合理的假設這些模型能夠給出代表性結果。使用上述方法，在Matlab/Simulink中對3個燃料電池系統進行了仿真。

結果顯示，在1.25A/cm2電流密度的穩態操作下，蒸發冷卻系統實現相同的熱平衡和水平衡的狀態下，應用鋁制的冷凝散熱器的迎風面積比傳統的液體冷卻系統要少27%。散熱器迎風面積減少的主要原因是在冷凝器中因相變引起的傳熱系數變大。盡管需要較高的液態水分離率來獲得迎風面積減少27%，但應用蒸發冷卻而獲得的冷卻效率卻顯著提高。同時顯示了液態水分離率對于蒸發冷卻系統所需的散熱器迎風面積有顯著的影響。

刊名：International Journal of Hydrogen Energy（英）

刊期：2016年第26期

作者：A.Fly et al

編譯：于雅靜