质子交换膜燃料电池汽车冷起动性能的研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com汽车工程2014年(第36卷)第10期AutomotiveEngineering2014218质子交换膜燃料电池汽车冷起动性能的研究周怡博，王菊，于丹(1．中国汽车技术研究中心汽车产业发展研究所，北京100070；2．天津大学，内燃机燃烧学国家重点实验室，天津300072)[摘要]建立了一个质子交换膜燃料电池电堆的冷起动模型，对燃料电池汽车的冷起动性能进行仿真，旨在通过对电堆中不同位置、不同数量的电池进行外部加热，使电堆充分利用自身的热量，以减小冷起动过程中所需的外部加热功率。结果表明，该方法可使电堆中有更多的单电池在冷起动过程中恢复工作，

2、冷起动的时间更短，从而明显有效地提高燃料电池电堆的冷起动性能。关键词：汽车；质子交换膜燃料电池；冷起动；外部加热功率；模型AnInvestigationintotheColdStartPerformanceofProtonExchangeMembraneFuelCellVehiclesZhouYibo，_．WangJu&YuDan1．AutomotiveIndustryDevelopmentInstitute，ChinaAutomotiveTechnology＆ResearchCenter，Beijing100070；2．TianUniversityStateKeyLabor

3、atoryofEngines，孔anjin300072『Abstract]AcoldstartmodelforprotI3nexchangemembranefuelcellstacksiSbuiltandasimulationonthecoldstartperformanceoffuelcellvehicleiSconducted，aimingatmakingfulluseoftheself-heatoffuelcellstackforreducingexternalheatingpowerrequiredincoldstartprocessbyexternalheating

4、ondifferentnumbersoffuelcellsatdifferentpositions．Theresultsindicatethatthemethodusedcanmakemorefuelcellsinthestacktoresumefunctioningduringcoldstart，shortencoldstarttimeandhencesignificantlyimprovethecoldstartperformanceoffu—elcellstack．Keywords：vehicles；protonexchangemembranefuelcell；cold

5、start；externalheatingpower；model的衰减和结冰过程的可视化研究j。也常有采用刖舌多维多相流的数值模拟来研究单电池内部物质传输过程中更多的细节问题5』。事实上，为了能有足质子交换膜燃料电池(protonexchangemem—够的动力来驱动汽车，通常情况下是将多个单电池branefuelcell，PEMFC)由于具有功率密度高、起动组装在一起形成燃料电池堆，这使冷起动的过程更快和对环境友好等优点，被广泛认为是未来最有希加复杂。望能够为汽车提供清洁能源的转换装置。然而，燃本文中通过建立一维的燃料电池电堆冷起动模料电池汽车在0℃以下起动(冷起动)时其内

6、部的液型，对燃料电池电堆的冷起动过程进行研究。研究态水就会结冰，从而阻碍反应气体传输，甚至破坏内中通过改变冷起动控制方法，合理有效地提高燃料部结构。因此，燃料电池汽车的冷起动问题是其商电池电堆在一2O℃时的冷起动性能，并分析了不同单业化过程中需要解决的一个非常重要的技术问题。电池之间的结冰和温度分布情况。近年来，针对PEMFC冷起动的研究逐渐开展起来，其中实验方面的研究主要关注冷起动过程中单1模型描述电池的电压和电流密度的变化J，电池整体性能原稿收到日期为2014年6月23日，修改稿收到日期为2014年8月4日。学兔兔www.xuetutu.com汽车工程2014年(第36卷

7、)第l0期PEMFC工作原理如图1所示。在PEMFC的运的影响。行过程中，阴阳两极都会有液态水存在。当电池处于0℃以下的环境中时，电池中的液态水就会结冰2结果与讨论而阻碍反应气体的传输。2．1模拟与实验结果对比加湿的H2⋯加湿的02／空气为更好地验证本研究中所使用模型的准确性，模型中参数的设置与文献[7]中的实验条件相同，并在相同情况下对比了一20cC时不同电流密度i下的冷起动过程，对比结果如图2所示。从图2中可以看出，模拟结果与实验结果基本相同，进一步验证了模型的准确性。图1PEMFC工作原理图本模型