舒胜涛，郝冬，朱凯，王晓兵，王仁广

(1.同济大学新能源汽车工程中心，上海 201804；2.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300)

0 引言

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，质子交换膜燃料电池)在阳极和阴极分别消耗氢气和氧气将化学能转换为电能。相比传统内燃机，PEMFC拥有其特有的优势[1]。氢燃料电池的唯一反应副产物是水，在使用过程中没有碳排放；另外PEMFC还具有较高的比功率，能够在低温下持续运行。因此PEMFC是一种很有前景的能量转换装置[2]，并能广泛应用于汽车、固定或便携式辅助电力系统、潜艇和航天飞机等领域。但在极寒条件下，反应产生的水可能会在催化剂层(Catalyst Layer，CL)、气体扩散层(Gas Diffusion Layer，GDL)及流道中结冰，堵塞气流通道并覆盖CL上的反应区域，最终导致燃料电池汽车的冷起动失败[3-5]。为了提升PEMFC汽车的低温冷起动性能，有必要对其进行深入研究。

目前对燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle，FCV)冷起动性能的研究主要集中在冷起动过程中燃料电池部件的损伤、燃料电池的结冰机制、燃料电池冷起动策略3个主要方面。此3类研究通过理论模型研究和实验研究两种方法完成[6-7]。

损伤研究主要通过电镜扫描观察冷起动后燃料电池的内部结构来进行。通过研究可确定燃料电池内部各部件受到的各种不同的损伤，明确燃料电池性能下降的根本原因[8-9]。

通过对冷起动过程中燃料电池结冰机制的研究，可明确冷起动过程中燃料电池内部水从产生到结冰的全过程，及伴随的燃料电池电压[10-11]、电流和温度分布情况[12]；进而能够建立一、二维[13-14]或者三维模型[15-18]，确定导致燃料电池冷起动失败的关键因素，并根据这些因素研究防止结冰的方法。……