水冷质子交换膜燃料电池热管理研究

王旭; 张刚; 杨侠; 王育平; 罗燕

doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202405005

武汉工程大学学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (4) : 448 -454. DOI: 10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202405005

水冷质子交换膜燃料电池热管理研究

王旭, 张刚, 杨侠, 王育平, 罗燕

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

为提高质子交换膜燃料电池内部温度的均匀性，并实现对冷却系统模型的精准控制，设计了一种Y型树状分形冷却流道。利用Fluent软件对带有冷却流道的单电池进行数值模拟，分析了冷却水温度及流量对质子交换膜表面温度分布和单电池极化曲线的影响。同时，利用Simulink搭建PID控制器和自抗扰控制器（ADRC）模型，分别对电堆温度进行控制，并对比分析了二者控制效果的优劣。结果表明：当冷却水质量流量为1 g/s时，333 K的冷却水比298 K的冷却水对燃料电池的冷却效果更佳，质子交换膜表面温差更小，温度分布也更均匀；当冷却水温度为室温298 K、质量流量为1.5 g/s时，达到最大电流密度0.440 3 A/cm²；当冷却水预热至343 K、质量流量为6 g/s时，达到最大电流密度0.476 8 A/cm²;ADRC的控制效果优于PID控制器，当负载电流3次阶跃变化时，ADRC调节电堆温度的超调量比PID控制器分别减小了62.5%,56.2%和46.6%，调节时间分别减小了10.32,18.46和24.18 s。