汽车|高温甲醇燃料电池热管理系统设计( 四 )
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图12 燃料电池试验平台简图
3.2 仿真温度曲线与实测温度曲线对比
利用搭建的Matlab/Simulink系统模型进行控制系统仿真运行试验 ， 得到热侧介质温度曲线与电池实际工作热侧介质曲线如图13 所示 。 仿真系统中稳定工况温度设定为163℃ ， 迭代运算中温度收敛于165.1℃ 。 在此次实测中 ， 温度稳定于163.5～165.5℃ ， 实测温度误差基本可以稳定维持在±2℃以内 ， 但仍然存在温度振荡幅度较大区域；电加热棒的局部加热作用使得电池预热时间短于预期值；实测温度趋势基本与系统仿真结果相同 ， 因此该控制系统算法及仿真过程具有设计参考价值 。
3.3 热管理系统优化前后温度曲线对比
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图13 仿真温度曲线与实测温度曲线对比图
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图14 原热管理系统与新热管理系统温度曲线对比图
图14 为电池原热管理系统（肋板换热器的被动风冷）与热管理系统（能量综合管理+智能冷却）的温度性能对比图 。 该燃料电池系统在介质温度125℃以上时开始小功率发电 ， 由图可以看出 ， 原换热器结构电池预热时间为2336s ， 优化换热器结构后电池预热时间为1658s ， 电池预热时间缩短了678s 。
3.4 换热器温度均匀性测试
本系统散热器集成了电加热装置 ， 进出口两侧每侧3根电加热棒 ， 热源比较集中 ， 因此在进出口型腔内部结构设计时需要考虑加热棒向介质的传热效率 ， 避免局部温度过高引起的局部沸腾 ， 同时也更为合理地利用能量 ， 防止电能浪费 。
本系统要求三乙二醇换热器进出口温差控制在10℃以内 ， 实测三乙二醇进出口温差如图15所示 ， 可以看出在一般工况下可以满足系统要求 ， 但是在电池较长时间运行时进出口温差最大为12.5℃ ， 因此对介质的流量控制函数是今后系统进一步优化的关键问题 。
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图15 换热器进出口介质温差曲线图
为了更准确地测量散热器从开始预热到电加热停止过程中实际温度分布数据 ， 在散热器进口侧、出口侧外壁中点及散热器芯体4 个点（A、B、C、D）上布置了热电偶测量壁面温度 ， 如图16所示 。
实测温度数据折线图如图17 所示 ， 横坐标为当天实际时间 ， 纵坐标为温度值（℃） 。
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图16 散热器热电偶分布位置示意图
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图17 各点实测温度随时间变化折线图
散热器芯体几乎没有温差 ， A、B、C、D 各点温度曲线基本重合 ， 说明流道设计较为合理 ， 未出现流道阻塞 ， 各内流道介质流量与流速一致性高 。 加热2160s时停止加热 。 由图17可以看出 ， 在介质温度较低时 ， 加热棒具有较好的加热效果 ， 当进液端壁面温度达到100℃时 ， 温度上升速度开始变慢 。 根据实测结果 ， 壁面温度达到180℃时系统加热停止 ， 此时介质温度为125～128℃ ， 可以估算加热时外壁面温度与介质温度差值约为50℃ 。 当外壁温度达到100℃时 ， 介质温度约为50℃ ， 实测电堆散热器工作环境温度为50℃ ， 因此当介质高于环境温度时 ， 散热器本身会造成一定程度的热量损失 。 今后的优化方向可以以此为考虑重点 ， 通过增加一个加热回路的方式将电加热装置独立于散热器之外 ， 可以有效防止热量损失 ， 进一步缩短电堆预热时间 ， 提高能量利用效率 。
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