大功率PEMFC堆环境适应性分析_石霖.pdf

第6 卷第4 期 汽 车 与 新 动 力 Vol.6 No.4 2023 年8 月 AUTOMOBILE AND NEW POWERTRAIN Aug. 2023 能源管理 大功率PEMFC 堆环境适应性分析 石霖，梅宇航，徐雪建，裴冯来 （上海机动车检测认证技术研究中心有限公司，上海 201805 ） 摘要：在车辆行驶过程中，质子交换膜燃料电池（PEMFC ）堆性能受到发动机运行环境的 影响。目前关于PEMFC 堆环境适应性的研究，研究对象多为小功率的PEMFC 堆。以大功 率PEMFC 堆为试验对象，采用控制变量法探究不同环境因素对PEMFC 堆性能衰退的影响。 结果表明：冷却液温度对PEMFC 堆性能衰退的影响较小；空气相对湿度和气体温度对 PEMFC 堆性能衰退的影响明显；氢气相对湿度对PEMFC 堆性能衰退的影响不明，需要进一 步探究。 关键词：质子交换膜燃料电池；环境适应性；控制变量法 DOI:10.16776/j.cnki.1000-3797.2023.04.014 0　前言 力等对燃料电池的影响，结果表明：空气温度和相 对湿度对PEMFC 堆性能影响程度基本相同。 质子交换膜燃料电池（PEMFC ）具有功率密度 随着数值分析方法的广泛应用，国内外学者纷 高、工作温度低、响应速度快、操作简便、安全可靠 纷采用数值分析方法研究PEMFC 的环境适应性。 等优点，在新能源汽车领域有着巨大的发展前 BRÈQUE 等［6 ］采用数值分析方法对PEMFC 湿化 景［1 ］。车用PEMFC 堆在实际运行过程中，其性能 状况影响因素进行研究，结果表明：操作温度是控 不仅受到运行工况的影响，还受到环境因素的影 制PEMFC 湿化状况的关键参数。杨子荣［7 ］基于一 响。秦孔建等［2 ］指出，车用PEMFC 堆性能衰退的 维瞬态PEMFC 机理模型，探究了运行工况参数 影响因素可分为设计及工艺因素、材料因素、系统 （温度、压强、相对湿度和化学计量比）对PEMFC 因素和实际道路因素等，其中系统因素和实际道路 堆输出性能的影响，结果表明：阴极化学计量比、进 因素属于使用因素，会随着环境的变化而改变。 气相对湿度对PEMFC 堆性能影响较大，而工作温 国内外学者已经对PEMFC 堆的环境适应性 度、气体进口温度对其性能影响较小。 进行了研究。MALEVICH 等［3 ］基于电化学阻抗谱 目前，PEMFC 堆环境适应性研究的对象多为 研究了进气相对湿度对电化学活性表面积、电荷转 少片数、小功率的PEMFC 堆，而大功率PEMFC 堆 移电阻的影响。张少哲等［4 ］采用电化学阻抗谱的 的气体管理、热管理等更加复杂，受环境影响大于 方法，探究了PEMFC 单电池对不同典型工作条件 小功率PEMFC 堆。因此，本文对燃料电池卡车的 （温度、进气相对湿度、电流密度、压力和气体计量 大功率（60 kW ）PEMFC 堆进行环境适应性研究， 比）的敏感性。结果表明：PEMFC 单电池欧姆阻抗 分析环境因素对大功率PEMFC 堆性能的影响。 受进气相对湿度影响最明显，而空气计量比对中频 段阴极活化阻抗影响最大。冯强［5 ］对额定功率为 1　环境适应性试验的必要性 14.3 kW 的PEMFC 堆进行了空气供应系统的条件 敏感性试验，研究了空气温度、相对湿度、流量、压