汽車燃料電池系統(tǒng)蒸發(fā)冷卻和液體冷卻方法的比較

盡管燃料電池比內(nèi)燃機(jī)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(xì)介紹了一個(gè)完整的系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)仿真將應(yīng)用傳統(tǒng)液體冷卻的燃料電池系統(tǒng)與應(yīng)用蒸發(fā)冷卻的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，目的是定量比較不同系統(tǒng)的熱交換需求和系統(tǒng)布局，同時(shí)該系統(tǒng)的仿真考慮了穩(wěn)定狀態(tài)和熱瞬態(tài)的工作狀況。

本文用于對(duì)比的模型基于一個(gè)60kW質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)。除了蒸發(fā)冷卻中液態(tài)水的補(bǔ)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(duì)應(yīng)用的蒸發(fā)冷卻燃料電池堆和熱交換模塊在實(shí)際操作條件下進(jìn)行了獨(dú)立驗(yàn)證。因此，當(dāng)燃料電池堆和熱交換模塊合并時(shí)，可以合理的假設(shè)這些模型能夠給出代表性結(jié)果。使用上述方法，在Matlab/Simulink中對(duì)3個(gè)燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。

結(jié)果顯示，在1.25A/cm2電流密度的穩(wěn)態(tài)操作下，蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相同的熱平衡和水平衡的狀態(tài)下，應(yīng)用鋁制的冷凝散熱器的迎風(fēng)面積比傳統(tǒng)的液體冷卻系統(tǒng)要少27%。散熱器迎風(fēng)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(shù)變大。盡管需要較高的液態(tài)水分離率來獲得迎風(fēng)面積減少27%，但應(yīng)用蒸發(fā)冷卻而獲得的冷卻效率卻顯著提高。同時(shí)顯示了液態(tài)水分離率對(duì)于蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)所需的散熱器迎風(fēng)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