随着环境污染的不断加剧，绿色出行和环境友好型车辆受到人们越来越多的关注。燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle）是一种新型能源汽车，利用燃料电池中的电反应，将产生的化学能直接换化为电能。同纯电动汽车相比，燃料电池在质量、体积、加油时间、减排等方面都表现的更加优秀【1】。同传统汽车内燃机相比，燃料电池的反应过程不涉及燃烧和热机做功，因此不受卡诺循环限制，其能量转换率可高达60%，效率将近普通内燃机的两倍。其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)的燃料是氢气和氧化物，具有效率高、结构紧凑、比功率大、冷启动时间短、燃料来源广泛、零污染（反应产物是水）等特点，并且反应温度低，适合于交通用具。因此，PEMFC最有希望成为代替内燃机的动力源，也成为领域研究的热点【2-3】。

在燃料电池工作，化学能转化为电能的同时，也将有大量的热量产生，如果不能及时散发，将导致电堆温度升高、质子交换膜失水、电堆性能下降等一系列问题【4】。

燃料电池汽车散热难点包括：

1.与传动内燃机相比，散热负荷更大。在热效率为35%时，传统发动机多余热量40%通过尾气排放, 15%通过发动机机体散出,只有8%的热量通过散热器发散；但对于燃料电池汽车，极端工况下热效率35%，而FCE（fuel cell engine）本体几乎绝热，仅3%的热量通过尾气排放, 其余62%则通过散热器散出，也就是说95%左右热量靠散热器散出，对整车散热系统是很大挑战【5-6】。

2.空间受限，子系统相互影响，整体布置困难。燃料电池整车需要散热的部件主要包括电堆、直流变换器(DC/DC)、逆变器(DC/AC)、电机、空压机、辅助电池等。燃料电池汽车将DC/DC, DC/AC等控制器整合在一起，组成动力控制单元(power controlunit，PCU) 【7】。由此，可以将整车热管理系统进行分类，由多个散热回路组成，包含多个散热器。但是由于空间的限制， FCE散热器、PCU散热器、空调冷凝器将存在位置、散热冲突，需协调设计。如果冷凝器放置在FCE散热器前, 必然提高空气进风温度, 影响FCE散热器的散热量。为此, 冷凝器可以放置在FCE散热器的后面、设计带独立风扇的冷凝器或采用二级冷凝【6、8】。

3.散热要求高，需要满足以下要求：

(1)控制温度范围，将其工作温度控制在70-80 ℃之间，使电堆能够高效稳定运行。

(2)控制温度均匀水平，进出电堆的冷却水温差小于10 ℃，最好小于5 ℃【9】。

此外，目前多数PEMFC 均采用Nafion系列膜作电解质．而这种电解质在温度超过80 ℃时热稳定性和质子传导性能将会严重下降，因而PEMFC 的最佳工作温度为80 ℃左右【10】。为保证质子交换膜良好的质子传导性，需保持适当的湿润条件，反应产生的副产物水应尽量为液态。受此限制，工作温度不超过80【2】。而散热器的冷却剂入口温度也需保持在极限温度80℃以下【11】。可见需控制温度在65-80度，与环境温度相差不大，为散热带来更大难题。

夏明智等【8】人提出增加散热的三种方案：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（采用2 个冷凝器散热的方式）。侯献军等【10】针对燃料电池堆热管理系统，通过节温器分为大小循环，建立温度模糊控制系统。王路飞【12】采用平行流换热器，将热管理系统分为FCE、PCU、冷凝器三个散热回路，并通过仿真优化布置方案。张敏等人【13】设计电堆与DC/DC串联的散热系统，并进行热量分析和相关部件尺寸计算。常国峰等【14】在现有的热管理技术条件下，可通过提高燃料电池的工作温度、增加迎风空气流量等方法来增加整车热管理系统的散热量。樊春艳等【15】用主从2个冷凝器、2 个FCE 散热器和1 个PCU 散热器，并在主冷凝器和散热器后放置2个风扇的方案，实现燃料电池汽车的功率优化。陈潇等【16】组建热管理系统由散热器、风扇、水箱、水泵和管路等组成，与燃料电池堆相连接。实验表明，应主要通过调节冷却风扇转速来调整电池堆温度；通过调节冷却水泵来保持电池堆进出口水温温差；散热器并联要优于散热器串联。郭爱等【17】建模热管理系统，包含电堆、空气冷却器、氢气热交换器、旁路阀、散热片和冷却水循环泵。结果表明，空气压缩和氢气减压引起的热负荷所占比例甚少，如考虑降低复杂程度，对于氢气路，不采用热交换器；对于空气路，可以直接采用冷却液系统为空压机泵头降温而不用单独的循环降温系统。Qinguo Zhang等【18】模拟了质子交换膜燃料电池（PEMFC）发动机的冷却系统一维和三维（散热片采用多孔介质）协同仿真方法，系统将电堆与DC/DC并联连接散热器，中冷和冷凝器单独形成循环系统。Siliang Cheng等【19】建立冷却系统的模型（电堆、水箱、水泵、散热器），在Simulink平台上构建了一个耦合到风扇的散热器，仿真结果令人满意。S.M.Rahgoshay等【20】用冷却流场模拟PEMFC，结果表明蛇形流场比平行流场具有更好的冷却性能。Jaeyoung Han等【21】为评估燃料电池冷却系统性能，采用由散热器、储液器、水泵、旁通阀和散热器组成的冷却系统，整合了动态车辆模型与燃料电池系统模型，并考虑冲压空气补偿。