车用燃料电池发动机热管理系统研究 (液冷模型)
关于新能源汽车的热管理系统的设计与优化研究
02
鼓励多学科背景的专家学者和企业界人士开展跨学科合作，共
同推动新能源汽车热管理系统的创新与发展。
政策支持
03
政府加大对新能源汽车热管理系统研究与开发的支持力度，通
过制定相关政策和提供资金支持，推动行业技术进步。
06
结论
研究工作总结
1 2 3
热管理系统重要性
新能源汽车的热管理系统对于车辆性能与寿命具 有决定性的影响，因此本研究工作聚焦于设计与 优化这一关键系统。
开展实证研究
与汽车制造商合作，在实际生 产环境中验证热管理系统的性 能与稳定性。
培养专业人才
通过培训与学术交流，培养更 多具备跨学科背景和专业技能 的研究人员，为未来工作提供
有力支持。
THANKS
感谢观看
研究目的和意义
01
02
03
提升效率
通过热管理系统的设计与 优化，降低新能源汽车的 能耗，提高能源利用效率 。
增强竞争力
优化后的热管理系统能够 提高新能源汽车的整体性 能，从而增强其在市场中 的竞争力。
促进可持续发展
本研究有助于推动新能源 汽车产业的可持续发展， 为环保事业作出贡献。
02
热管理系统设计
热管理系统设计原则
高效热管理
轻量化设计
热管理系统应确保新能源汽车在高、低温 环境下均能高效运行，保持电池、电机等 核心部件在适宜的工作温度范围内。
为满足新能源汽车的节能需求，热管理系 统应采用轻量化材料和设计，以降低系统 自身能耗。
可靠性
易于维护
热管理系统应具备高可靠性，确保在各种 恶劣工况下都能正常工作，保障车辆安全 。
综合运用了机械工程、热力学、控制理论等多个学科的知识，成 功解决了热管理系统中的多个技术难题。
新能源汽车热管理系统分析报告
新能源汽车热管理系统分析报告投资聚焦研究背景汽车电动化浪潮下，新能源汽车热管理系统的需求高增长；与传统汽车热管理系统相比，新能源汽车热管理系统的单车价值量更高。
我们在本篇报告中深度研究了汽车电动化浪潮下热管理行业的变化，并结合分析推导出投资策略。
创新之处（1）在本报告中，我们从空调系统、电池热管理系统及整体解决方案三个方面，对电动车和传统燃油车热管理系统的异同进行了定性和定量分析，进而对电动车热管理系统的市场需求进行了测算。
（2）本报告投资策略的标的选择范围更广，我们在A股和新三板两个市场中选择优质标的。
投资观点汽车电动化趋势下，热管理行业迎来变革期。
微观角度来看，与传统燃油汽车相比，电动车热管理系统的变化包括：（1）热管理模块新增电池热管理系统、电机电控热管理系统等；（2）空调系统动力源由发动机变为电能，系统复杂程度明显提升；（3）热管理整体解决方案需更加重视功能实现和能耗管理的平衡。
以上变化反应在行业层面为：（1）热管理系统的单车价值量明显提升，行业空间也相应增加；（2）行业格局或将出现变化。
根据我们的测算，2020年全球电动车热管理系统需求约300亿元，CAGR约50%，其中，中国市场需求约125亿元（CAGR44%），海外市场需求约175亿元（CAGR59%）。
我们认为在汽车电动化浪潮中，既有的汽车热管理竞争格局已有松动迹象，国内企业存在弯道超车的可能性。
我们首次给予汽车热管理行业“买入”评级，建议关注：1、A股：三花智控（002050.SZ，全球空调阀门龙头）、奥特佳（002239.SZ，汽车空调压缩机龙头）、松芝股份（002454.SZ，客车空调龙头）、银轮股份（002126.SZ，汽车热交换器龙头）、中鼎股份（000887.SZ，密封件龙头）等；2、新三板：昊方机电（831710.OC）、瑞阳科技（834825.OC）等。
风险因素（1）新能源汽车政策变化影响行业发展的风险：新能源汽车行业仍在早期发展阶段，政策会对行业发展产生较大影响，若监管部门发布相关政策，可能会冲击行业发展。
混合动力车用镍氢电池的液体冷却系统
２ ９
Ｄｓ ｅ －ｚｄ系列镍氢 电 池 作 为基 体 ， 部 加 装 壳 体 ， ｉ 外 紧 密配 合构成 冷却 流 道 ， 们 之 间通 过 沿 圆周 均 布 的 它 四条肋 连接 固定 ， 为防 止 电池 脱落 ， 可使 用绝 缘胶 加
畅． 电池单 体之 间 的 串联 通 过 电池 连 接 片 按 次序 连
究 的基 础上 ， 出 了一 套热 管 理 系统设 计 的新思 提
２ 液体 冷 却 系统 的结构 设 计
２ １ 电池 单体结构 ．
路， 采用套管式蒸 发器 的 电池 液体冷却 系统． 系 统 该
具有既高效又经济的特点． 如 图 １ 示为 电池 组 液体 冷 却 系统 示 意 图． 所 整
收 稿 日期 ： ０ ８０ —０ ２ ０ —６３
图 ２为单体 电池结 构示 意图． 选用 松下 ２Ａ ０ ｈ的
作者简介 ： 吴忠杰 （ ９４ ）男 ， １８ 一 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为动力 电池热管理系统研究
第 ４期
吴忠杰 ， ：混 合动力车用镍 氢电池的液体 冷却 系统 等
运 行 温度 范 围．
关键词 ： 镍氢电池 ； 电动汽车 ； 电池热管理 系统 ； 夹套式液体冷却
中图 分类 号 ： ２０ ３ １ Ｕ ７．８ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ７７ ６ （０８ ０ － ２ － １０ —１２ ２０ ）４０ ８０ ０ ４
随着 能源 和环境 问题 的 日益 严 峻 ， 为 环保 节 作 能型汽 车出现 的混合 动力 车 ， 疑 是 汽 车行 业 中一 无
温度 ， 这就在 电池模 块 内部各 个 单体 电池之 间产生
了非 常严重 的不均 衡 温度 分 布 ， 而造 成 电池 之 间 从
《基于FCV的动力电池热管理系统研究》范文
《基于FCV的动力电池热管理系统研究》篇一基于FCV（燃料电池汽车）的动力电池热管理系统研究一、引言随着新能源汽车的快速发展，FCV（燃料电池汽车）以其高效、环保的特性逐渐成为汽车行业的研究热点。
而动力电池作为FCV的核心部件，其性能和安全性直接关系到整车的运行效果。
其中，动力电池热管理系统的研究显得尤为重要。
本文将针对基于FCV的动力电池热管理系统进行深入研究，以期为相关研究提供参考。
二、动力电池热管理系统的基本原理动力电池热管理系统主要通过控制电池的温升、散热和保温等过程，确保电池在适宜的温度范围内运行，从而提高电池的性能和安全性。
该系统主要包括冷却系统、加热系统、温度传感器和控制系统等部分。
三、FCV动力电池热管理系统的特点FCV动力电池的热管理系统相较于传统电动汽车有着其独特的特点。
首先，由于燃料电池的反应产热较大，因此对散热要求更高；其次，由于FCV的运行环境和行驶工况的变化，其热管理系统的适应性更强；最后，为了提高动力电池的寿命和性能，需要采取更为精细化的热管理策略。
四、基于FCV的动力电池热管理系统研究1. 冷却系统研究冷却系统是动力电池热管理系统的核心部分。
针对FCV的特点，研究者们提出了一系列创新的冷却策略。
例如，采用液冷技术，通过液体在电池间的循环流动，带走电池产生的热量；同时，根据电池的工作状态和温度变化，实时调整冷却液流量和温度，以实现精准的散热控制。
2. 加热系统研究在低温环境下，动力电池的充放电性能会受到影响。
因此，加热系统在FCV动力电池热管理系统中也扮演着重要角色。
研究者们通过采用电阻加热、PTC加热等方式，为电池提供适宜的工作温度。
同时，为了实现节能和环保的目的，研究者们还在探索更为高效的加热技术和材料。
3. 温度传感器和控制系统研究温度传感器是动力电池热管理系统的“眼睛”，能够实时监测电池的温度变化。
而控制系统则是根据温度传感器的数据，对冷却系统和加热系统进行控制，以实现精确的温度控制。
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真1. 引言在当今汽车行业的发展中，新能源汽车作为一种环保、节能的交通工具，备受人们的青睐。
而燃料电池混合动力系统作为新能源汽车的重要动力系统之一，在汽车工程领域也备受关注。
本文将从燃料电池混合动力系统建模与能量管理算法仿真两个方面展开讨论，以帮助读者深入了解该领域的相关知识。
2. 燃料电池混合动力系统建模2.1 系统组成与工作原理燃料电池混合动力系统是由燃料电池、储能装置、电动机等多个组成部分组合而成的，其工作原理是将氢气和氧气在燃料电池中进行电化学反应，产生电能驱动电动机，从而推动汽车运行。
2.2 系统建模方法在进行系统建模时，我们通常采用物理建模和数学建模相结合的方式，利用计算机软件对系统进行仿真分析，以获得系统在不同工况下的性能参数。
3. 能量管理算法仿真3.1 能量管理算法的意义能量管理算法是燃料电池混合动力系统中至关重要的一环，其合理的控制策略能够最大程度地提高系统的能量利用率，延长储能装置的使用寿命，同时提高汽车的燃料经济性。
3.2 常用的能量管理算法目前常用的能量管理算法包括PID控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等，它们各有优劣，需要根据具体应用场景进行选择。
4. 个人观点与总结个人认为，燃料电池混合动力系统的发展前景广阔，但也面临着一系列挑战与机遇。
在未来的研究中，需要深入探讨系统建模与能量管理算法的优化与创新，以实现系统的高效、稳定运行，从而推动新能源汽车行业的健康发展。
在本文中，我对燃料电池混合动力系统建模与能量管理算法仿真进行了深入探讨，并结合个人观点进行了总结，希望能够为读者提供一定的参考价值。
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真对新能源汽车行业的重要性无可否认。
随着环保意识的增强和能源问题的日益突出，新能源汽车已成为未来汽车发展的必然选择，而燃料电池混合动力系统作为其中一种重要的动力系统，其在汽车工程领域的发展备受重视。
对该领域的研究与探讨具有重要意义。
2023电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统
电动汽车动力蓄电池热管理系统 第2部分：液冷系统1 范围本文件规定了电动汽车动力蓄电池（以下简称“电池”）液冷系统的技术要求及试验方法。
本文件适用于电动汽车动力蓄电池液冷系统及其零部件。
本文件不适用于电动汽车动力蓄电池直冷系统。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2408—2008 塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法GB/T 2828.1—2012 计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 GB 38031—2020 电动汽车用动力蓄电池安全要求 QC/T 468—2010 汽车散热器 3 术语和定义QC/T XXXX.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
液冷系统 cooling system采用冷却液（比如乙二醇的水溶液）作为换热介质对电池系统进行冷却的系统，一般由液冷板、液冷管、接头、进出口总成等零部件组成，如图1所示。
图1 液冷系统示意图液冷板 cooling plate利用换热介质对电池进行冷却或加热的结构件。
液冷管 cooling pipeline引导换热介质流向液冷板的管路。
接头 jointer连接液冷板与液冷管的部件。
液冷管进出水口总成液冷板接头流阻flow resistance冷却液流过液冷系统受到的阻力损失。
4 要求一般要求4.1.1 外观液冷系统各零部件外观应整洁、无损伤，标识应清晰。
4.1.2 尺寸、重量液冷系统各零部件的尺寸、重量应满足技术图纸要求。
流阻按照5.4进行流阻试验后，液冷系统的流阻应满足制造商的技术要求。
安全性能4.3.1 密封性按照5.5进行密封性试验后，应满足以下要求之一：a)湿检：应无肉眼可见的气泡；b)干检：泄漏量应不大于2.5 mL/min；4.3.2 阻燃按照5.6进行阻燃试验后，液冷系统的非金属件应满足水平燃烧HB级。
动力电池热管理技术的研究进展
动力电池热管理技术的研究进展在当今的能源转型时代，电动汽车作为可持续交通的关键组成部分，其性能和可靠性在很大程度上取决于动力电池的表现。
而动力电池的性能又受到温度的显著影响，因此，动力电池热管理技术成为了电动汽车领域的研究热点之一。
动力电池在工作过程中会产生大量的热量，如果不能有效地进行散热，电池温度会迅速升高，这不仅会降低电池的性能和寿命，甚至可能引发安全问题，如热失控。
相反，如果电池温度过低，也会影响其充放电效率和性能。
因此，高效的热管理系统对于确保动力电池在适宜的温度范围内工作至关重要。
目前，常见的动力电池热管理技术主要包括风冷、液冷和相变材料冷却等几种方式。
风冷技术是较为简单和成本较低的一种热管理方式。
它通过风扇将冷空气引入电池包内部，带走电池产生的热量。
然而，风冷技术的散热效率相对较低，对于高功率、高能量密度的电池系统，往往难以满足散热需求。
而且，风冷方式受环境温度和车速等因素的影响较大，在极端条件下可能无法有效地控制电池温度。
液冷技术则是目前应用较为广泛的一种热管理方法。
通过冷却液在电池包内的循环流动，将热量带走。
冷却液通常具有较高的比热容和热导率，能够实现更高效的散热。
液冷系统可以根据电池的温度分布，精确地调节冷却液的流量和温度，从而实现对电池温度的精确控制。
此外，液冷技术还具有较好的适应性，能够满足不同类型和功率的电池系统的散热需求。
但液冷系统的结构相对复杂，成本较高，且存在冷却液泄漏的风险。
相变材料冷却技术是一种较新的热管理思路。
相变材料在相变过程中能够吸收或释放大量的潜热，从而实现对电池温度的调节。
当电池温度升高时，相变材料吸收热量并从固态转变为液态；当电池温度降低时，相变材料释放热量并从液态转变回固态。
这种技术具有温度控制平稳、无需额外的动力源等优点，但相变材料的热导率相对较低，可能会限制其散热速度，而且相变材料在多次相变后性能可能会下降。
除了上述几种常见的热管理技术，近年来还出现了一些新的研究方向和技术创新。
新能源整车热管理（三）：电池系统热管理
新能源整车热管理（三）：电池系统热管理动⼒电池作为新能源汽车的主要动⼒源，其对新能源汽车的重要性不⾔⽽喻。
在实际的车辆使⽤过程中，电池会的⾯临的使⽤⼯况复杂多变。
为了提⾼续航⾥程，车辆需要在⼀定的空间内布置尽可能多的电芯，因此车辆上电池包的空间⾮常有限。
电池在车辆运⾏过程中产⽣⼤量的热量且随着时间的累积在相对狭⼩的空间内内积聚。
由于电池包内电芯的密集堆放，也在⼀定程度上造成中间区域散热相对更困难，加剧了电芯间的温度不⼀致，其结果会降低电池的充放电效率，影响电池的功率；严重时还会导致热失控，影响系统的安全性和寿命。
动⼒电池的温度对其性能、寿命、安全性影响很⼤。
在低温下，锂离⼦电池会出现内阻增⼤、容量变⼩的现象，极端情况更会导致电解液冻结、电池⽆法放电等情况，电池系统低温性能受到很⼤影响，造成电动汽车动⼒输出性能衰减和续驶⾥程减少。
在低温⼯况下对新能源车辆进⾏充电时，⼀般BMS先将电池加热到适宜的温度再进⾏充电的操作。
如果处理不当，会导致瞬间的电压过充，造成内部短路，进⼀步有可能会发⽣冒烟、起⽕甚⾄爆炸的情况。
电动汽车电池系统低温充电安全问题在很⼤程度上制约了电动汽车在寒冷地区的推⼴。
电池热管理是BMS中的重要功能之⼀，主要是为了让电池组能够始终保持在⼀个合适的温度范围内进⾏⼯作，从⽽来维持电池组最佳的⼯作状态。
电池的热管理主要包括冷却、加热以及温度均衡等功能。
冷却和加热功能，主要是针对外部环境温度对电池可能造成的影响来进⾏相应的调整。
温度均衡则是⽤来减⼩电池组内部的温度差异，防⽌某⼀部分电池过热造成的快速衰减。
如表1所⽰，通常我们期望电池在20~35℃的温度范围内⼯作，这样能实现车辆最佳的功率输出和输⼊、最⼤的可⽤能量，以及最长的循环寿命。
表1 动⼒电池温度特性⼀般来说，动⼒电池的冷却模式主要分为风冷、液冷和直冷三⼤类。
风冷模式是利⽤⾃然风或者乘客舱内的制冷风流经电池的表⾯达到换热冷却的效果。
液冷⼀般使⽤独⽴的冷却液管路⽤来加热或冷却动⼒电池，⽬前此种⽅式是冷却的主流，如特斯拉和volt均采⽤此种冷却⽅式。
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冷却水流经燃料电池堆带走的热量为
ｑ，＝（ｈＡ）。Ａｔ。一
Ｔ １个
（ｈＡ）。（Ｔ一三旦Ｌ｝三韭），
（２）
厶
式中，Ｔ为电池堆温度，单位为Ｋ；（ｈＡ）。为电池堆
传热参数，本计算中为６ ０００ Ｗ／Ｋ。
当电池堆处于热平衡状态时，则毒＝奇，。 式（１）中电池电压Ｖｋ的计算采用半经验模型， 其经验参数取自参考文献Ｅｌｏ一１１］中，是由某活化面 积为２３２ ｃｍ２，Ｎａｆｉｏｎｌｌ７型质子交换膜燃料电池的
Ｖｆｃ＝Ｅ＋啦。。＋啪ｈＩｎ，
（３）
式中，Ｅ，啦¨啦ｈ分别为电池开路电压、电池活化过
电位和电池欧姆过电位，单位为Ｖ。
电池开路电压由反应物与生成物之间能量平衡
求得，可由Ｎｅｒｎｓｔ方程计算
Ｅ一１．２２９—８．５×ｉ０－４（Ｔ一２９８．１５）＋
１
４．３０８ ５×１０一Ｔ［１ｎ（ｐＨ，）＋÷ｌｎ（夕ｑ）］， （４）
瑚
３，‘ ｛堇
毫 ！
２瑚
蟊 ｌ瑚
浆
墨
ｌ姗
瑚
瑚
０．２
粥
∞ 参
—ｚ
∞、
料 ∞督
蕞 ∞越
婪 加趣
卸
ｍ
Ｏ．３
０．４
Ｏ
０．５
０．６ ０．６５
电流密度／Ａ·ｃｍｔ
图３不同电流密度对应的风扇转速
２．３ 散热器布置形式的影响 由于普通车用散热器的体积和散热面积有限，
为了满足系统散热要求，在燃料电池发动机热管理 系统设计中，可能采用多个散热器布置在系统中。 第１５页图４所示为串联和并联两种不同的热管理 系统布置形式。第１ ５页图５所示为水泵转速 ２ ０００ ｒ／ｍｉｎ时，上述热管理系统中风扇转速对电池 堆温度的影响。在风扇转速较低时，并联系统散热 效果优于串联￡风扇转速较大时，两种形式差别不 大。考虑到燃料电池发动机的效率，在两散热器并
模拟计算中热管理系统的部件性能参数主要取 自某６５ ｋＷ燃料电池发动机试验台采用的热管理 系统。该系统采用的水泵为轴流式，标定转速为 ２ ８２０ ｒ／ｍｉｎ；轴流式风扇，直径为０．４５ ｍ，标定转速
２ ０００ ｒ／ｍｉｎ，板翅式散热器总传热面积（Ａ。）约为 ９．２９ ｍ２，传热系数（Ｋ）为２２７ Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。 １．３ 边界条件
燃料电池发动机在实际运行中，改变输出功率 是通过改变电流密度来实现的。随着电流密度的改 变，电池堆发热功率也会有明显变化，需要对热管理 系统进行调节，以防止电池堆过热影响寿命和运行 安全或温度过低降低效率。水泵转速为２ ０００ ｒ／ ｍｉｎ时，电流密度从０．２０ Ａ／ｃｍ２增至０．６５ Ａ／ｃｍ２， 为保持电池堆温度在３４３ Ｋ，需按照图３所示的风 扇转速曲线进行调节。由图可知，在电流密度增大 的过程中，电池堆发热功率迅速提高，必须合理控制 风扇转速。
万方数据
车用发动机
２００６年第６期
垂；
嘶
三渤 ｛醚 蜥
蛩 墨 啪嘶 蒌
瑚娜蚕｜ 啪
５００
０．７０
ｌ ５００
２ ５００
３ ５００ ４ ０００
风扇转速／ｒ ｏｍｉｎｌ
ａ电池堆温度
０．６９
苗ｏ．６８
口 爱０．６７ 羽 虻 聃０．６６
Ｏ．６５
０．６４ ５００
瓴５
瓴Ｏ
姐 Ｉ
‘譬
５
＼
槲 住０
督
崧 诎５
鲻
蜡 妞Ｏ
第６期（总第１６６期） ２００６年１２月
·电子控制·
车用发动机
ＶＥＨＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥ
Ｎｏ．６（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１６６） ＤｅＣ．２００６
车用燃料电池发动机热管理系统研究
陈 潇，汪茂海，张扬军，张钊
（清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室，北京 １０００８４）
摘要：建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型，该模型能考虑系统类号：ＴＫ９１
文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１—２２２２（２００６）０６—００１２—０４
燃料电池发动机是燃料电池汽车设计研究与开 发的主要内容口］。热管理对燃料电池发动机的性 能、寿命和运行安全具有决定性影响，是燃料电池发 动机研究与开发的核心关键技术之一Ｅ２－４］。
燃料电池发动机热管理是从系统集成和整体的 角度控制并且优化燃料电池发动机的热量传递过 程，完善地管理并合理利用热能、冷却散热及节能降 耗，改善燃料电池发动机的性能［５］。
一
厶
式中，ＰＨ。为Ｈ。在阳极催化剂／气体界面处的分 压，单位为１０５ Ｐａ；Ｐ瓯为ｏ。在阴极催化剂／气体界 面处的分压，单位为１０５ Ｐａ；ＰＨ。和Ｐｏ。分别由阳极 和阴极进气压力计算得到，计算方法参见文献［１２］。 本研究在计算中阳极和阴极进气压力均为 ３×１０５ Ｐａ。电池活化过电位为［１们
啦。一＆＋岛Ｔ＋￡Ｔ［１ｎ（Ｃｏ。）］＋
＆Ｔ［１ｎ（ｉ·Ａ）］，
（５）
式中，Ｃ＆为阴极膜／气体界面处的Ｏ。浓度，单位为
ｍｏｌ／ｃｍ３；计算方法参见文献［Ｉｏ一１１］；经验参数ａ，
邑，岛和＆取值分别为一０．９４４×１０～，３．５４×１０～，
７．８×１０＿５和一１．９６×１０一。 欧姆过电位主要由质子交换膜及电池极板电阻
引起，与电流成正比
啪ＩｌＩｎ一一（ｉ·Ａ·Ｒ。ｂｎｌ），
燃料电池堆运行 时的发热功率为
散 热 器
图１燃料电池发动机热 管理系统
ｑ—Ｎ｛Ａ（一筹一Ｖｆｃ），
（１）
厶Ｉ’
式中，Ｎ为电池堆中的电池片数，本计算中为
６５０片；ｉ为电流密度，单位为Ａ／ｃｍ２；Ａ为电池活
化面积，单位为ｃｍ２；Ａｈ为单位反应产物（水蒸气）
的生成焓，一２４１ ８３０ Ｊ／ｍｏｌ；Ｆ为法拉第常数，
本研究模拟计算的边界条件为，流入风扇的空 气温度为２０℃，压力为１０５ Ｐａ。
２ 结果与分析
２．１ 热管理系统对燃料电池堆性能的影响 热管理系统通过影响燃料电池堆温度，对燃料
电池发动机的性能产生影响。热管理系统的运行参 数主要包括风扇转速和水泵转速。第１４页图２比 较了电流密度为０．５ Ａ／ｃｍ２时，不同水泵转速下， 风扇转速对于燃料电池堆温度、单片电池电压、发热 功率以及发动机效率的影响。本研究中将燃料电池 发动机效率定义为
（６）
式中，Ｒ妇为电池内电阻，单位为Ｑ。
Ｒ。ｈｒｎ一鑫＋＆Ｔ＋岛（ｉ·Ａ），
（７）
式中，经验参数鑫，岛和岛的取值分别为３．３０×
１０一３，一７．５５×１０—６和１．１×１０—６。 １．２ 部件模型
散热器模型采用传热单元数（ｅ—ＮＴＵ）法。 传热单元数为ＮＴＵ＝ＫＡ。／（缸。）岫；热容量
流率比为Ｃ一（施，）。ｉ。／（施。）。。；散热器的ｅ—
万方数据
２００６年１２月
陈潇，等：车用燃料电池发动机热管理系统研究
·
１５ ·
联形式下，热管理系统流动阻力减小，水泵功耗降 低，系统效率较高。因此，两散热器并联的形式散热 效果较好，且能够降低系统的功耗。
ｃ）采用双散热器并联式热管理系统布置，在散 热能力与节能方面均优于双散热器串联式。 参考文献：
［１］Ｙｏｋｏｙａｍａ Ｔ，Ｎａｇａｎｕｍａ Ｙ，Ｋｕｒｉｙａｍａ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｄｅ— ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｂｕｓ［Ｃ］］．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ２００３－０１—
目前，大部分燃料电池热管理的研究只考虑散 热［６培］，而对系统内各部件相互影响的研究不多。 Ｚｈａｎｇ Ｙ．Ｊ．等人建立了燃料电池发动机的热管理 系统模型，分析了系统运行参数及参数间相互作用 对系统热性能的影响，但未考虑热管理系统对电堆 性能的影响［９］。
本研究建立了质子交换膜燃料电池发动机热管 理系统模型，考虑了热管理系统内各部件及其与燃 料电池堆性能相互作用；运用该模型对某６５ ｋＷ燃 料电池发动机试验台的热管理系统进行计算分析， 仿真计算基于一维流体系统分析软件ＦＬＯＷＭＡＳ—
图２水泵及风扇转速对燃料电池堆性能的影响
功率无显著影响，随着风扇转速的提高，水泵转速对 电池堆发热功率的影响逐渐增大。图２ｄ表明，随着 风扇和水泵转速的增加，燃料电池发动机的效率呈 下降趋势。
由上述分析可知，运行中如需调整电池堆温度， 应主要通过调节风扇转速实现；若仅在一定范围内 调节水泵转速，可能无法实现调节电池堆温度的目 标；若调节水泵转速至能够影响电池堆温度的范围， 又无法保证电池堆进出口水温温差在合理范围内。 此外，如持续提高水泵转速至一定数值以上，水泵转 速的提高只能增加热管理系统的功耗，造成能量损 失，降低发动机效率，却无法降低燃料电池堆温度。 ２．２ 燃料电池堆性能对热管理系统的影响
收稿日期：２００６—０４—２７；修回日期：２００６—１１—２３ 基金项目：国家８６３计划重大专项资金资助（２００３ＡＡ５０１１００） 作者简介：陈潇（１９８１一），女，辽宁省清原县人，硕士，主要研究方向为发动机流动与传热
万方数据
２００６年１２月
陈潇，等：车用燃料电池发动机热管理系统研究
试验结果拟合得到。考虑电化学反应机理可得电池 电压方程
ＴＥＲ２．
１ 热管理系统模型
燃料电池发动机的热管理系统由散热器、风扇、 水箱、水泵和管路等组成，与燃料电池堆相连接，以 去离子水为冷却工质。图１所示的燃料电池发动机 热管理系统模型中，燃料电池堆为唯一的热源，热能
通过流体网络传递；该 模型忽略了燃料电池 堆通过其他途径散出 的热量。首先建立各 部件模型，然后按照图 １的连接关系建立系统 模型。 １．１ 燃料电池堆模型
震
脚 组５
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５００
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５２ 孚
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较 ４８
ｌ ５００
２ ５００
３ ５００ ４ ０００
风扇转速／ｒ·ｍｉｎ‘ ｂ单片电池电压
１ ５００
２ ５００