燃料电池汽车整车散热系统仿真模拟和实验研究

燃料电池汽车作为一种极具发展潜力的新能源汽车,以其清洁、高效、高功率密度等优势,成为汽车领域研发重点之一。但由于其散热量需求远大于普通汽车发动机,燃料电池汽车的整车散热系统的设计存在很大挑战。针对这一现状,本文主要围绕燃料电池整车散热系统仿真模型进行研究,并对散热系统中的重要部件散热器的结构参数进行优化,以满足系统的散热性能。本文在深入剖析燃料电池汽车系统散热过程的基础上,基于MATLAB/Simulink仿真平台构建了燃料电池汽车热力系统仿真模型,计算了燃料电池系统散热需求。同时结合PID控制方法,分析了电堆冷却水出口温度、冷却水流量分配等对整车散热系统性能的影响,以及散热器冷却水出口温度等随时间变化关系。并对整车散热系统中散热器进行仿真模拟,建立其周期性百叶窗翅片模型,使用CFD方法研究了翅片的百叶窗间距、百叶窗厚度以及开窗角度对流动及传热性能的影响,以获得最佳的结构参数。最后搭建了风洞实验台,对两种结构参数的散热器进行了性能测试,并分析了不同结构参数,风量及空气进口温度对传热及阻力特性的影响。通过上述研究,获得以下结论:燃料电池电堆的输出电压随工作温度的升高而升高,热功率随工作温度的升高而降低。所设计的燃料电池汽车电堆所需的最大冷却水流量约为1.8kg/s,远大于中冷器所需的冷却水流量0.069kg/s。冷却水流量恒定时,冷却水出堆温度与进堆温度具有较好的跟随特性,即可以满足电堆散热需求。电堆输出电流阶跃变化时,电堆工作温度可维持在最佳工作温度80℃附近,输出功率最高可达15kW。散热器数值模拟研究结果表明,百叶窗角度为22°、百叶窗厚度为0.15mm时散热器的综合流动和传热性能较好。本文提出的整车散热系统能够满足所设计的燃料电池电堆的散热波动要求以实现合理散热;本文所做的工作对进一步深入优化设计燃料电池汽车整车散热系统有着一定的指导意义。