燃料電池機(jī)車熱管理系統(tǒng)建模和動態(tài)分析

郭 愛， 陳維榮， 劉志祥， 李 奇

(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都610031)

燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒過程，直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，具有環(huán)保、高效的特點(diǎn)，已成為世界能源領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn).其中，質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低(50 ～100 ℃)、能量轉(zhuǎn)換效率高(＞40%)、快速啟動等特點(diǎn)，已應(yīng)用在分布式電站、航空航天、移動通訊、電動汽車、鐵路機(jī)車等［1-2］.

以質(zhì)子交換膜燃料電池為動力源的燃料電池機(jī)車，需要配空氣壓縮機(jī)、氫氣回流泵、冷卻水循環(huán)泵、散熱器和電控設(shè)備，構(gòu)成機(jī)車燃料電池系統(tǒng).在機(jī)車燃料電池系統(tǒng)中，為保證燃料電池處于最佳工作狀態(tài)，系統(tǒng)的熱管理至關(guān)重要.事實(shí)上，溫度對燃料電池系統(tǒng)性能及可靠性有重要的影響［3］. 在燃料電池內(nèi)部，氫氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和電荷移動會產(chǎn)生熱量，從而使電堆內(nèi)部溫度升高，加快化學(xué)反應(yīng)和電堆內(nèi)水分子活度，提高膜的含水量，改善膜的導(dǎo)電率，因而溫度升高有利于提高電池的性能. 然而PEMFC 的電解質(zhì)膜是一種有機(jī)膜，耐溫有限，同時考慮膜的含水性問題，因而工作溫度不能高過100 ℃.此外，如果燃料電池的工作溫度過高，不僅膜容易脆化受損，而且加快催化劑降解速度從而縮短燃料電池的使用壽命［4］.

目前，對于燃料電池機(jī)車國內(nèi)外已取得了一些研究成果［5-6］.文獻(xiàn)［7-8］研究了用于城市和軍事基地鐵路的燃料電池機(jī)車的整體結(jié)構(gòu)，以燃料電池和蓄電池的混合驅(qū)動結(jié)構(gòu)為機(jī)車動力源，質(zhì)子交換膜燃料電池連續(xù)凈輸出功率240 kW，瞬態(tài)功率超過1 MW，是目前最大的燃料電池車輛.文獻(xiàn)［9］討論了燃料電池混合機(jī)車功率系統(tǒng)的設(shè)計和建模，建立了燃料電池和輔助儲能系統(tǒng)的模型，提出了全局控制策略，用于調(diào)節(jié)燃料電池、超級電容和蓄電池之間的能量分配.用典型作業(yè)機(jī)車的功率數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了在不同的功率需求下，全局控制策略不僅使輸出電壓在合適的范圍內(nèi)，而且保持蓄電池的荷電狀態(tài)在最優(yōu)范圍內(nèi)以及系統(tǒng)工作在高效率區(qū)域. 文獻(xiàn)［10］研究了200 W 的燃料電池小火車，燃料電池與鉛酸蓄電池并聯(lián)連接作為系統(tǒng)動力源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅能夠適用于高溫高濕的氣候，而且能提供穩(wěn)定的功率.

在燃料電池機(jī)車方面，研究主要集中在主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及燃料電池與能量貯存單元之間的能量管理，而沒有對機(jī)車大功率燃料電池?zé)峁芾砜刂品矫娴难芯?已有的燃料電池?zé)峁芾砜刂品矫娴难芯砍晒?1-12］都沒有考慮輔機(jī)功耗的最優(yōu)問題. 基于此，本文建立了面向控制的燃料電池機(jī)車熱管理系統(tǒng)模型，包括冷卻液循環(huán)泵和散熱器功耗的模型;通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證電堆模型，并利用所建模型分析熱管理系統(tǒng)的動態(tài)特性，為該系統(tǒng)最優(yōu)控制器的設(shè)計提供幫助.

1 熱管理系統(tǒng)的工作原理

機(jī)車燃料電池系統(tǒng)如圖1 所示.系統(tǒng)由3 個子系統(tǒng)組成，即氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng).溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由冷卻液循環(huán)泵、電堆、旁路閥和散熱器以及相應(yīng)的管路組成.在循環(huán)泵的驅(qū)動下，冷卻液帶走電堆內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量，散熱器將熱量散到周圍環(huán)境，使電堆的溫度和溫度差保持在適合工作范圍.

圖1 機(jī)車燃料電池系統(tǒng)Fig.1 Schematic diagram of a fuel cell system for locomotive

2 熱管理系統(tǒng)建模

為了建立面向控制的熱管理系統(tǒng)模型，對每一部件不考慮冷卻液空間位置引起的流量變化，采用集中參 數(shù) 模型. 建 模時 基 于 以 下 的 假 設(shè)［4，13］:(1)燃料電池系統(tǒng)的溫度變化過程相對比較緩慢，過渡時間的數(shù)量級是100 s，各部件內(nèi)部溫度場均勻分布;(2)燃料電池系統(tǒng)各部件都具有良好的封裝，忽略由各部件表面直接散失到環(huán)境中的熱量(除散熱器外);(3)燃料電池的氣體質(zhì)量、流量和流速較小，忽略氣體流動的動能和勢能變化對系統(tǒng)的影響，冷卻液在各處的流速及高度相差不大，忽略其產(chǎn)生的動能和勢能;(4)每一部件內(nèi)部熱傳遞是瞬間完成的，即每一部件流出的流體溫度相同;(5)在燃料電池的工作溫度范圍內(nèi)，各種物質(zhì)的定壓熱容參數(shù)變化不大，故假定其為常數(shù).

熱管理系統(tǒng)包含有電堆、空氣冷卻器、氫氣熱交換器、旁路閥、散熱器和冷卻水循環(huán)泵模型.

2.1 電堆模型

機(jī)車燃料電池工作時，濕氫氣和濕空氣進(jìn)入電堆參與化學(xué)反應(yīng)，未反應(yīng)完全的氫氣、空氣以及反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物水從電堆的出口流出，反應(yīng)產(chǎn)生電能的同時會伴隨大量熱量產(chǎn)生.為保證適合的電堆溫度，冷卻液從冷卻管道進(jìn)入電堆帶走產(chǎn)生的廢熱.為了建立電堆的溫度模型，可以將其看成一個開口系統(tǒng)，如圖2 所示.在開口能量系統(tǒng)中，流入電堆的能量包括參加電化學(xué)反應(yīng)氣體具有的化學(xué)能、氣體和冷卻液具有的熱力學(xué)能，流出系統(tǒng)的能量有電堆產(chǎn)生的電能、反應(yīng)物、未參加反應(yīng)的氣體以及冷卻液具有的熱力學(xué)能;系統(tǒng)能量增量就是電堆熱力學(xué)能增量，表現(xiàn)為電堆溫度的變化.

圖2 開口能量系統(tǒng)Fig.2 Open energy system

(1)冷卻液流場

冷卻液流場指電堆內(nèi)部從冷卻液的入口到其出口部分.機(jī)車燃料電池系統(tǒng)的冷卻液大多采用去離子水，因而流入冷卻液流場的熱力學(xué)能c，st，in為

式中:Wc，st，in為流入電堆的冷卻液質(zhì)量流量;Cpc為冷卻液的定壓熱容;Tst，in為電堆入口處冷卻液溫度;T0為基準(zhǔn)溫度(298.15 K).

流出冷卻液流場的熱力學(xué)能為

式中:Wc，st，out為流出電堆的冷卻液質(zhì)量流量;Tst，out為電堆出口處的冷卻液溫度.

(2)電化學(xué)反應(yīng)

在電化學(xué)反應(yīng)過程中，燃料電池產(chǎn)生電能釋放出熱量并生成水. 將實(shí)際系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(溫度298.15 K，壓力101 325 Pa)計算反應(yīng)產(chǎn)生的熱量.如果化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生焓變?nèi)哭D(zhuǎn)換為電能，這個電能可以通過燃料電池的等效電壓體現(xiàn)，那么物質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)的總功率可以表示為

式中:ncell為燃料電池單體個數(shù);Eequ為單體電池高熱值等效電壓(1.481 V);Ist為電堆電流.

若電堆輸出電壓為Ust，則電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電功率是Pele=UstIst，電堆產(chǎn)生的熱功率Phot為

(3)電堆的溫度

忽略電堆表面與外界之間的熱量交換，由熱力學(xué)第一定律可得電堆獲得的熱功率為

在電堆組成部件中，最大的容熱部件是雙極板，構(gòu)成雙極板的主要材料是石墨，因而雙極板熱容參數(shù)可采用石墨的熱容.在考慮電堆中冷卻流場中充滿冷卻液情況下，有

式中:mst為電堆質(zhì)量;Cpst為雙極板熱容參數(shù);ρc、Vc分別為冷卻液的密度和體積;ρw，air、ρw，H2分別為陰極濕空氣和陽極濕氫氣的密度;Vca、Van分別為陰極流場和陽極流場的體積;Cpw，air、Cpw，H2分別為陰極濕空氣和陽極濕氫氣的定壓熱容;Tst為電堆溫度，等于電堆入口和出口溫度的均值.

2.2 旁路閥

旁路閥用于調(diào)節(jié)散熱器中冷卻液的流量［4］，它將冷卻液分成兩路，一路流入散熱器，另一路進(jìn)入支路，信號圖見圖3. 閥門的響應(yīng)時間比溫度響應(yīng)時間快得多，因而可以忽略. 將流過散熱器和支路的冷卻液流量看成是閥門開度的線性函數(shù)，即

式中:Wc，ra，in、Wc，bp和Wc，bv分別為流入散熱器、支路及旁路閥的冷卻液流量;kbv為閥門開度，0 ≤kbv≤1.

圖3 旁路閥Fig.3 Bypass valve

2.3 散熱器

在溫度系統(tǒng)中散熱器是關(guān)鍵的部件，它將燃料電池電堆產(chǎn)生的大量廢熱散發(fā)到周圍環(huán)境.散熱器的模型包括兩部分:一部分是散熱器與周圍環(huán)境的熱交換量，與環(huán)境溫度、周圍空氣的流速、冷卻液的流量和進(jìn)入散熱器的溫度有關(guān)，這些量之間的關(guān)系可以通過試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，然后制成表格，在已知環(huán)境溫度、冷卻液溫度及流量的關(guān)系時，對表格插值可計算出散熱器和周圍環(huán)境的熱交換量;另一部分是冷卻液與散熱器之間的能量交換，其信號圖如圖4.假設(shè)進(jìn)入散熱器的冷卻液流量Wc，ra，in與流出的流量Wc，ra，out相等，有

式中:Vrad、Trad分別為散熱器的體積、溫度;Tra，in、Tra，out分別為流入、流出散熱器的冷卻液溫度，Trad是二者的均值;cir為從散熱器傳給周圍環(huán)境的熱功率.

圖4 散熱器Fig.4 Radiator

散熱器的熱量傳遞系數(shù)hrad采用經(jīng)驗(yàn)公式計算［14］，即

式中:Wair為散熱器周圍的空氣流量.

散熱器的散熱量為

式中:A 為散熱器有效面積.

從散熱器的風(fēng)機(jī)流出的空氣流量Wair可用等效噴嘴方程計算，即Wair=kwmΔpwm，其中，kwm為系數(shù)，可以根據(jù)選定風(fēng)機(jī)的額定流量和風(fēng)壓確定;Δpwm是風(fēng)機(jī)的動壓.

在額定轉(zhuǎn)速時，對通用特性曲線［15］擬合得到風(fēng)機(jī)的效率為

式中:qv為風(fēng)機(jī)實(shí)際的空氣流量;qv0為額定流量;c0～c4為擬合系數(shù)，c0= 2. 706 4 × 10-5，c1=1.753 8 × 10-2，c2= - 1. 456 7 × 10-4，c3=8.260 9 ×10-7，c4= -3.532 2 ×10-9.

在額定轉(zhuǎn)速時，對通用特性曲線［15］擬合得到風(fēng)機(jī)的全壓H 為

式中:H0為風(fēng)機(jī)的額定全壓;a0～a4為擬合系數(shù)，a0= 1. 103 0 × 102，a1= 1. 888 2 × 10-1，a2=-1.393 9 ×10-3，a3= - 1. 521 2 × 10-5，a4=-1.001 6 ×10-8.

風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，若其轉(zhuǎn)速不等于它的額定轉(zhuǎn)速，根據(jù)相似理論［15］，由實(shí)際的轉(zhuǎn)速和流量得到額定狀態(tài)下的流量，將該流量代入式(11)、(12)得到風(fēng)機(jī)的效率和全壓.

2.4 各部件阻力

在機(jī)車燃料電池系統(tǒng)中，冷卻液在循環(huán)泵的作用下流經(jīng)電堆、散熱器和相應(yīng)的管路，它們產(chǎn)生壓降等于循環(huán)泵提供的壓降.

(1)電堆阻力

電堆中冷卻液流場的流道形狀、材質(zhì)以及冷卻液的流速影響流道阻力的大小. 由于流道的復(fù)雜性，難以推導(dǎo)出電堆阻力與冷卻液流速二者精確的關(guān)系，則采用擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到二者關(guān)系. 通過BALLARD 公司HD6-150 kW 燃料電池的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到

式中:pst，cl、Qc分別為冷卻流場的壓力和流;c0，st～c3，st為 擬 合 系 數(shù)，c0= 6. 780 7 × 10-1，c1=1.586 4，c2=7.739 8 ×10-3，c3=2.212 6 ×10-7.

(2)散熱器阻力

散熱器對冷卻液的阻力prad，即散熱器的管路壓降(或水側(cè)阻力)，受冷卻液流速、管路直徑、管路根數(shù)等影響，其計算公式［1、7］為

式中:vw為管內(nèi)流速;f 為范寧摩擦因素;Lrad為單根水管長度;De為水管當(dāng)量直徑;nrad為單根水管數(shù);ξ 為局部阻力系數(shù). 散熱器阻力的計算參數(shù)參考了文獻(xiàn)［17］.

范寧摩擦因子f 的計算公式［17］為

式中:Re為管道雷諾數(shù).

旁路閥的閥門系數(shù)可以調(diào)節(jié)散熱器中水流量，改變散熱器中水的流速，繼而改變水側(cè)總阻力，閥門系數(shù)與水側(cè)阻力的關(guān)系為

式中:prad0為閥門系數(shù)是1 時的散熱器的壓降.

(3)管路的阻力

對于給定的管路，管路阻抗可以反應(yīng)管路上的沿程阻力和局部阻力，因而連接電堆的冷卻水流場、散熱器及循環(huán)泵之間管路的阻力為

式中:Sp為管路阻抗，與連接管路的材質(zhì)、直徑以及彎曲角度有關(guān)，對于直管路，其阻抗?jié)M足［17］

式中:λ 為沿程阻力系數(shù);l 為管道的長度;d 為管道的直徑;ξ 為局部阻力系數(shù). 管路阻抗的計算參數(shù)參考了文獻(xiàn)［17］.

2.5 冷卻液循環(huán)泵

循環(huán)泵為冷卻液在各部件和管路之間流動提供動力，通常是離心泵.根據(jù)力矩方程，在額定轉(zhuǎn)速下液體通過泵時的壓力差為

式中:k 為校正系數(shù);Qc為泵的實(shí)際流量;Q0為循環(huán)泵的額定流量;c0，pu～c3，pu為擬合系數(shù).

實(shí)際工作時，循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速N 常常不等于其額定轉(zhuǎn)速N0，此時采用相似理論計算泵的壓力差p和流量Qc，

循環(huán)泵輸出功率Ppump，out=pQc，輸入的功率為

式中:T0為軸的摩擦轉(zhuǎn)矩;kT為轉(zhuǎn)矩與壓力差關(guān)系的系數(shù);ω 為循環(huán)泵的角頻率.

3 模型驗(yàn)證

本文對BALLARD 公司的HD6-150 kW 燃料電池的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行建模，建模中的數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)［4，13］、BALLARD 公司產(chǎn)品數(shù)據(jù)以及本課題組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其燃料電池相關(guān)參數(shù)見表1. 仿真實(shí)驗(yàn)時空氣過氧比系數(shù)取2，氫氣當(dāng)量系數(shù)取1.6.

對HD6-150 kW 的機(jī)車燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行測試，得到電堆的電流、電壓、冷卻液流速和進(jìn)口、出口溫度波形如圖5 所示.

表1 燃料電池機(jī)車熱管理系統(tǒng)參數(shù)Tab.1 Parameters of the thermal management system in the fuel cell locomotive

圖5 HD6-150 kW 系統(tǒng)測試波形Fig.5 Experimental data of the HD6-150 kW fuel cell system

圖5 中:t=50 s 時，燃料電池開始輸出電流;t ＞1 100 s 以后，電堆電流為0，由于電化學(xué)反應(yīng)還在進(jìn)行，隨著反應(yīng)氣體壓力降低，電堆電壓會逐漸降為0.將電堆電流和冷卻液流量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為模型的輸入數(shù)據(jù)，仿真后的電堆電壓、進(jìn)口、出口溫度的波形如圖6 所示.

在電堆電流切斷后(t ＞1 100 s)，電堆內(nèi)部陽極流場和陰極流暢壓力逐漸減弱，因而電堆電壓逐步降低(圖5(c))，散熱器風(fēng)機(jī)停止工作，電堆的入口和出口溫度保持不變(圖5(d)).

仿真中將電堆電壓直接置為0(圖6(a))，而散熱器沒有停止工作，電堆溫度逐漸下降(圖6(b)).在50 s ＜t ＜1 100 s區(qū)間，圖6(a)、(b)中相對應(yīng)的波形變化規(guī)律一致，模型的電堆電壓誤差小于4.3%(30 V)，入口溫度誤差小于3. 3%(2 ℃)，出口溫度誤差小于3%(2 ℃). 因而本文所建的電堆及散熱器模型能反映實(shí)際系統(tǒng)的特性.

圖6 HD6-150kW 模型仿真波形Fig.6 Simulation data with the model for the HD6-150kW fuel cell system

4 動態(tài)分析

機(jī)車燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是一個3 個輸入(散熱器風(fēng)機(jī)電壓Uwind、循環(huán)泵電壓Uwind、旁路閥門開度kbv)、2 個輸出(電堆入口和出口溫度)的系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7 所示.為了研究輔助系統(tǒng)功耗，分別改變3 個輸入信號，通過仿真討論風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵的功耗.仿真時電堆電流Ist=250 A.

4.1 旁路閥開度

循環(huán)泵電壓是300 V，散熱器風(fēng)機(jī)電壓是200 V，旁路閥門開度分別是1.0、0.7 和0.3，仿真結(jié)果如表2 所示.

圖7 熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.7 Schematic diagram of the thermal management system

表2 不同閥門開度仿真結(jié)果Tab.2 Simulation results for different valve pen degrees

電堆溫度指電堆入口、出口溫度的平均值;泵和風(fēng)機(jī)的能耗指電堆溫度從環(huán)境溫度升到穩(wěn)態(tài)值時泵和風(fēng)機(jī)消耗的能量;穩(wěn)態(tài)效率指電堆電功率減去循環(huán)泵和風(fēng)機(jī)功率后與電功率之比.

從表2 可以看出，閥門開度可以調(diào)節(jié)電堆溫度和溫度差，原因是調(diào)節(jié)閥門開度可以改變散熱器中冷卻液的流量.閥門開度越小，電堆溫度越高且溫差越小.由于循環(huán)泵電壓和風(fēng)機(jī)電壓沒有改變，泵功率和風(fēng)機(jī)功率在閥門開度為1.0、0.7、0.3 情況下不變.泵和風(fēng)機(jī)的能耗隨閥門系數(shù)變小而增大，原因是閥門系數(shù)小時，流過散熱器的冷卻液流量小，單位時間散出的熱量少，系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定的時間變長，導(dǎo)致功率變大，閥門開度與泵與風(fēng)機(jī)能耗的關(guān)系如圖8 所示. 閥門系數(shù)變小，降低了流過電堆的冷卻液流量，使得電堆溫度變高，從而電堆產(chǎn)生的電功率增加，系統(tǒng)效率幾乎不受閥門開度的響應(yīng).

圖8 能耗與閥門開度的關(guān)系Fig.8 Energy consumption vs.open degree of valve

4.2 循環(huán)泵

散熱器風(fēng)機(jī)是200 V，旁路閥門是0.7，循環(huán)泵電壓分別是150、200 和250 V，仿真結(jié)果如表3所示.

表3 不同循環(huán)泵電壓仿真結(jié)果Tab.3 Simulation results of different circulation pump voltages

從表3 中可以看出，電堆溫度不隨循環(huán)泵電壓的變化而改變，電堆溫度差隨泵電壓的增大而減小.泵電壓升高，其轉(zhuǎn)速升高，冷卻液的流量增大，冷卻液通過電堆后能帶走更多的熱量，從而減小電堆溫差.不同的泵電壓使其達(dá)到穩(wěn)態(tài)時能耗不同，電壓越高能耗越大.風(fēng)機(jī)電壓一直保持不變，在泵電壓為150、200、250 V 情況下的穩(wěn)態(tài)功率相同;能耗相差很小，說明系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間幾乎相同.泵電壓與能耗的關(guān)系如圖9 所示.由于電堆溫度略微不同，使其電功率有很小的差異. 穩(wěn)態(tài)效率隨泵電壓增大微弱減小.

4.3 散熱器風(fēng)機(jī)

循環(huán)泵電壓為300 V，旁路閥門為0.7，散熱器風(fēng)機(jī)電壓分別為150、190 和250 V，仿真結(jié)果如表4 所示.在表4 中，電堆溫度隨風(fēng)機(jī)電壓增長而減小，但溫度差增大. 循環(huán)泵電壓不變，其功率不變，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時的能耗隨風(fēng)機(jī)電壓增大而減小(見圖10)，說明溫度上升時間變短，即在給定電堆電流時，風(fēng)機(jī)電壓越大，系統(tǒng)響應(yīng)時間越快.風(fēng)機(jī)功率隨其電壓增大而增大，由于電堆溫度降低使電堆電功率降低，同時穩(wěn)態(tài)效率降低.風(fēng)機(jī)電壓越大，其能耗越大(見圖10).

圖9 能耗與泵電壓的關(guān)系Fig.9 Energy consumption vs.voltage of pump

表4 不同散熱器風(fēng)扇電壓仿真結(jié)果Tab.4 Simulation results for different radiator fan voltages

圖10 能耗與風(fēng)機(jī)電壓的關(guān)系Fig.10 Energy consumption vs.voltage of radiator fan

5 結(jié) 論

本文通過機(jī)車燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)工作原理，建立了面向控制系統(tǒng)模型，模型中包含了散熱器風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵，并使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)部分驗(yàn)證了所建模型的正確性.在該模型基礎(chǔ)上，研究了旁路閥門開度、循環(huán)泵電壓、散熱器風(fēng)機(jī)電壓對電堆溫度、溫度差和系統(tǒng)效率的關(guān)系. 通過仿真實(shí)驗(yàn)可知，閥門開度可以調(diào)節(jié)電堆溫度，但不能調(diào)節(jié)電堆溫差和系統(tǒng)效率，且閥門開度變小會增加循環(huán)泵和風(fēng)機(jī)的功耗;循環(huán)泵電壓可以調(diào)節(jié)電堆溫度差，在滿足溫度差條件的情況下，泵電壓越小消耗的功率越少，有利于系統(tǒng)效率的提高;散熱器風(fēng)機(jī)電壓能有效調(diào)節(jié)電堆的溫度，但不能改變電堆的溫度差;風(fēng)機(jī)電壓增大，系統(tǒng)的響應(yīng)越快，在滿足電堆入口和出口溫度的條件下，風(fēng)機(jī)電壓小有利于提高系統(tǒng)效率.

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