质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势，是当前燃料电池汽车的首选。

零度以下低温启动是燃料电池的技术瓶颈之一，由于燃料电池产物为水，在低温环境中启动的时候电堆温度低于零度，产生的水容易在内部结冰，一方面阻碍电化学反应的进行，另一方面阻碍了反应气体在多孔介质中的传输，对燃料电池的输出性能造成一定影响，甚至可能导致反应中断，启动失败。同时如果水在燃料电池内部结冰，会对其内部结构造成一定的机械损伤，影响燃料电池的寿命。现有燃料电池低温启动的技术中，一方面是通过提高燃料电池的内部产热量，另一方面是通过外部增加热量辅助燃料电池升温。前者主要是通过控制电流、反应物等方式，提高电流，降低燃料电池电压，从而提高反应热。后者则通过外部能量源加热冷却水、加热双极板、加热进气或加热端板。

在燃料电池工作过程中，精确稳定地控制燃料电池温度在适宜的范围，对提高性能和耐久性具有重要意义。由于车用燃料电池工作在动态工况，工作温度比内燃机低，因此对热管理系统有更高的要求。冷却系统结构设计不合理可能导致管路中出现气泡，从而造成管路中的湍流或旋窝。而且由于节温器开度的滞后性，可能出现短时温度过高和温度波动较大的情况，这些问题需要从热管理系统的设计和控制上进行解决。

本成果提供质子交换膜燃料电池低温启动及热管理相关的新型结构设计和控制方法，通过电堆结构改进改善冷启动过程内部温度分布；利用物质循环的方式控制电压和产热速率，加快升温速率；通过热管理系统结构改进和控制方法设计，能辅助加快冷启动过程升温，并在燃料电池工作在动态工况时，满足燃料电池散热需求，将温度控制在合理范围。本成果有助于提高质子交换膜燃料电池的低温启动能力，改善工作条件，能显著延长燃料电池寿命。

应用前景

本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。

知识产权

本成果核心技术涉及4项发明专利和1项实用新型专利。

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