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[摘 要]燃料电池汽车因为其自身特性的原因，在散热上同传统内燃机汽车相比面临着更严峻的问题，散热器的散热可以考虑通过加大风扇的功率、增加散热器的面积以及改变散热器的布置位置来实现。
[关键词]散热器；风扇；燃料电池汽车
中图分类号：TP911 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0028-01
Design of fuel cell vehicle heat dissipation system
Ma Li-hui
（R&D Center of Great Wall Motor Company Hebei，baoding 071000）
[Abstract]Because of its own characteristics for fuel cell vehicles， compared with traditional internal combustion engine cars on heat dissipation is facing more serious problems， can consider radiator cooling fan is increased by power， increase the area of the radiator， and change the location to the layout of the radiator.
[Key words]radiator ；fan； fuel cell car
前言
由于近年來环境问题日益突出，而传统汽车作为一个重要的污染源，如何对汽车的排放进行控制已经成为一个广泛而重要的课题；同时全球石油资源的枯竭也迫使人们去寻找一种替代燃料以缓解能源危机，燃料电池汽车便应运而生了。
1燃料电池的原理
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是作为继碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后发展起来的第五代燃料电池，具有能量转换效率高、低温启动、无电解质泄漏等优点，因此被公认为最有希望成为电动汽车的动力来源。图1为质子交换膜燃料电池的基本结构。
（1）氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子（即质子），并释放出2个电子。
阳极反应式为：H2→2H++2e-
（2）在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极；同时氢离子穿过电解质膜到达阴极，电子通过外电路也到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水和热，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。
阴极反应式为：1/2O2+2H++2e→H2O+热量，总反应式为：H2+1/2O2→H2O+电能
2燃料电池汽车散热面临的困难
质子交换膜燃料电池中质子交换膜是核心部件，其性能的好坏直接影响到电池的性能和寿命。燃料电池中的热量来源有4个：（1）由于电池的不可逆性而产生的化学反应热；（2）由于欧姆极化而产生的焦耳热；（3）加湿气体带入的热量；（4）吸收环境辐射热量。
对开发的某型燃料电池汽车进行散热试验，采用传统内燃机汽车的散热器布置方式，在35℃的环境温度下，车速和电池堆进出口水温之间的关系如图2所示。在90km/h之后电池堆的出口水温就已经达到了65℃，并且有着急剧上升的趋势，说明在这样的散热器布置方式下，燃料电池发动机的散热很难得到满足，因此在这种情况下对燃料电池汽车散热器总成布置方式的改进就相当有必要。
3燃料电池汽车的散热解决方案
散热器的散热同其散热面积、风速、进出口水温差、空气侧与水侧的温差成正比，在进出口温差不变的情况下，若要使散热量增大则需要通过下面的途径来达到：（1）增大进气风速在其他外在条件不变的情况下，想要增大风速就需要增大风扇的功率，同时为了布置方便，改进功率后风扇的体积不能太大。根据设计计算和试验研究，选用了两个各为800W，共1.6kW的风扇，较好地解决了散热问题，但这样带来的问题是附属设施功耗的增加。（2）增大散热面积为了增大散热面积，需要更大的散热器，这同样带来了一个散热器的布置问题。
某型燃料电池汽车采用了散热器分开布置的方式，如图3所示。它采用两个散热器依次布置在进气隔栅后面；同时考虑到若将冷凝器布置在散热器后面将遇到空间不足的问题，空气在经过散热器后已经有很大的温升，此时作为冷凝器的进气已经不太适合，所以将冷凝器布置在侧面。
采用分块布置的方式可以有效解决单块大散热器不易布置的问题，但是同样也面临着布置这些散热器所面临的空间不足以及进气口处理的问题，这需要在车身的形状上进行相关改动以进行配合。
（3）改变散热器的位置若将冷凝器置于散热器之前，空气在经过冷凝器之后将会产生一定的温度，这样将使进入散热器的空气温度同冷却水温度之间的差距进一步缩小，导致了换热更加困难。
除了上述方案也可以采用如图4的布置方式，将冷凝器置于散热器之后，优先考虑到电池堆的散热，采用两个冷凝器散热的方式，这样将有效地降低散热器气侧的温度，有利于电池堆的散热，同时两个冷凝器也能够满足空调换热的需要。
4结语
燃料电池汽车以其众多优点代表了未来汽车的发展方向，但仍然面临着诸多困难，其工作特性决定了燃料电池发动机的散热要比传统内燃机汽车更为困难。为了解决这个问题，我们可以考虑下面3个方案：（1）大功率的风扇；（2）增大散热面积；（3）散热器位置的改变。使用超级电容作为辅助动力源可以缓解加速、爬坡时对动力电池的大电流冲击，并能及时回收制动时的能量，可以大电流充放电，且循环寿命长，因此超级电容将成为以后燃料电池动力系统的一种方案。
参考文献
[1]陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工人学出版社，2012.
[2]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2010.
[关键词]散热器；风扇；燃料电池汽车
中图分类号：TP911 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0028-01
Design of fuel cell vehicle heat dissipation system
Ma Li-hui
（R&D Center of Great Wall Motor Company Hebei，baoding 071000）
[Abstract]Because of its own characteristics for fuel cell vehicles， compared with traditional internal combustion engine cars on heat dissipation is facing more serious problems， can consider radiator cooling fan is increased by power， increase the area of the radiator， and change the location to the layout of the radiator.
[Key words]radiator ；fan； fuel cell car
前言
由于近年來环境问题日益突出，而传统汽车作为一个重要的污染源，如何对汽车的排放进行控制已经成为一个广泛而重要的课题；同时全球石油资源的枯竭也迫使人们去寻找一种替代燃料以缓解能源危机，燃料电池汽车便应运而生了。
1燃料电池的原理
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是作为继碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后发展起来的第五代燃料电池，具有能量转换效率高、低温启动、无电解质泄漏等优点，因此被公认为最有希望成为电动汽车的动力来源。图1为质子交换膜燃料电池的基本结构。
（1）氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子（即质子），并释放出2个电子。
阳极反应式为：H2→2H++2e-
（2）在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极；同时氢离子穿过电解质膜到达阴极，电子通过外电路也到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水和热，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。
阴极反应式为：1/2O2+2H++2e→H2O+热量，总反应式为：H2+1/2O2→H2O+电能
2燃料电池汽车散热面临的困难
质子交换膜燃料电池中质子交换膜是核心部件，其性能的好坏直接影响到电池的性能和寿命。燃料电池中的热量来源有4个：（1）由于电池的不可逆性而产生的化学反应热；（2）由于欧姆极化而产生的焦耳热；（3）加湿气体带入的热量；（4）吸收环境辐射热量。
对开发的某型燃料电池汽车进行散热试验，采用传统内燃机汽车的散热器布置方式，在35℃的环境温度下，车速和电池堆进出口水温之间的关系如图2所示。在90km/h之后电池堆的出口水温就已经达到了65℃，并且有着急剧上升的趋势，说明在这样的散热器布置方式下，燃料电池发动机的散热很难得到满足，因此在这种情况下对燃料电池汽车散热器总成布置方式的改进就相当有必要。
3燃料电池汽车的散热解决方案
散热器的散热同其散热面积、风速、进出口水温差、空气侧与水侧的温差成正比，在进出口温差不变的情况下，若要使散热量增大则需要通过下面的途径来达到：（1）增大进气风速在其他外在条件不变的情况下，想要增大风速就需要增大风扇的功率，同时为了布置方便，改进功率后风扇的体积不能太大。根据设计计算和试验研究，选用了两个各为800W，共1.6kW的风扇，较好地解决了散热问题，但这样带来的问题是附属设施功耗的增加。（2）增大散热面积为了增大散热面积，需要更大的散热器，这同样带来了一个散热器的布置问题。
某型燃料电池汽车采用了散热器分开布置的方式，如图3所示。它采用两个散热器依次布置在进气隔栅后面；同时考虑到若将冷凝器布置在散热器后面将遇到空间不足的问题，空气在经过散热器后已经有很大的温升，此时作为冷凝器的进气已经不太适合，所以将冷凝器布置在侧面。
采用分块布置的方式可以有效解决单块大散热器不易布置的问题，但是同样也面临着布置这些散热器所面临的空间不足以及进气口处理的问题，这需要在车身的形状上进行相关改动以进行配合。
（3）改变散热器的位置若将冷凝器置于散热器之前，空气在经过冷凝器之后将会产生一定的温度，这样将使进入散热器的空气温度同冷却水温度之间的差距进一步缩小，导致了换热更加困难。
除了上述方案也可以采用如图4的布置方式，将冷凝器置于散热器之后，优先考虑到电池堆的散热，采用两个冷凝器散热的方式，这样将有效地降低散热器气侧的温度，有利于电池堆的散热，同时两个冷凝器也能够满足空调换热的需要。
4结语
燃料电池汽车以其众多优点代表了未来汽车的发展方向，但仍然面临着诸多困难，其工作特性决定了燃料电池发动机的散热要比传统内燃机汽车更为困难。为了解决这个问题，我们可以考虑下面3个方案：（1）大功率的风扇；（2）增大散热面积；（3）散热器位置的改变。使用超级电容作为辅助动力源可以缓解加速、爬坡时对动力电池的大电流冲击，并能及时回收制动时的能量，可以大电流充放电，且循环寿命长，因此超级电容将成为以后燃料电池动力系统的一种方案。
参考文献
[1]陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工人学出版社，2012.
[2]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2010.