如图7−23所示，PEMFC发动机系统中空压机后的中冷器（也称内冷却器）影响入堆空气的相对湿度和温度，是系统水/热管理的一个重要部件。本案例针对某款实际系统建立了水冷逆流式中冷器的机理模型，在 MATLAB/ Simulink仿真平台下分析了空气流量、冷却液流量、空气温度、冷却液温度对中冷器冷却效果的影响。
空气经过空压机压缩后，其温度最高可以达到150 ℃以上。PEMFC属低温燃料电池，工作温度在80 ℃左右。高温空气直接进入电堆，不但会导致电堆性能下降，还有可能损坏质子交换膜。因此，需用中冷器降低电堆入口空气温度，使电堆工作在合适的温度范围内。经过中冷器的高温空气其温度明显下降，但压力下降较小。因此，经过中冷器后的空气相对湿度也会有所提高，尤其在高压系统中同样温度下相对湿度会更高。所以，中冷器主要有降低空气温度和提高相对湿度两个作用。
中冷器根据换热操作过程不同可分为间壁式、混合式和蓄热式三大类。燃料电池系统大多使用间壁式中冷器。按冷却介质不同，间壁式中冷器可分为水冷和风冷两大类，这里介绍的仿真案例对象是水冷逆流式中冷器。
1. 中冷器空气出口温度和冷却液出口温度与空气流量的静态与动态特性验证
在第3章式（3.73）～式（3.80）描述的中冷器模型中，中冷器入口空气的温度可由空压机模型求得，中冷器入口冷却液温度可由散热器模型求得。因此，中冷器模型中重要的信息是出口空气温度和冷却液出口温度与空气流量的静态与动态特性。
针对某一实际的45 k W级PEMFC系统采用的中冷器，在标准状态下进行了相关实验，将仿真结果与实验数据进行比较，如图7−39和图7−40所示。由图7−39可知，中冷器出口空气温度随空气流量的增大而升高，模型的仿真结果有一定的偏差。如图7−40所示，中冷器出口冷却液温度随着空气流量的增大而升高，但升高不明显，和实验结果之间的偏差非常小。冷却液的比热容较大且质量流量远比空气质量流量大，空气流量变化时出口冷却液的温度变化较小。中冷器出口空气温度偏差和冷却液温度偏差都在1%以内。
图7−39 模型与实验的中冷器出口空气温度与空气流量的静态关系
选定负载工况电流，可得到中冷器出口空气温度和出口冷却液温度动态响应曲线，如图 7−41 所示。从图中可以看出，当空气流量发生阶跃变化时，空气温度的响应时间在170 s左右，冷却液温度的响应时间在200 s左右，与实际中冷器的温度响应过程一致。
根据以上空气出口温度和冷却液出口温度与空气流量的静态与动态特性验证结果，认为中冷器模型是可信赖的，可用于下面进行的中冷器冷却效果影响因素分析。
图7−40 模型与实验的中冷器出口冷却液温度与空气流量的静态关系
图7−41 中冷器出口空气温度和出口冷却液温度动态响应曲线
2. 中冷器冷却效果影响因素分析
中冷器的换热效率主要受冷却液流量、空气流量、入口空气温度、入口冷却液温度的影响。在中冷器模型的基础上，这个仿真案例对这四个影响因素进行了仿真分析，仿真结果如图7−42～图7−45所示，各图对应的参数设置见表7−13。
如图7−42所示，当空气流量增加时，出口空气温度会随之升高，且入口空气温度越高，出口空气温度升高的幅度也越大。在大空气流量情况下，入口空气温度对出口空气温度的影响十分明显。增大冷却液流量可以适当降低出口空气温度，但是相比于空气流量及温度的影响，冷却液流量的调节作用极小，几乎可以忽略。
表7−13 影响因素仿真参数
图7−42 空气流量对出口空气温度的影响
图 7−43 所示为仿真得到的冷却液流量对出口空气温度的影响。当冷却液流量增大时，出口空气温度有所下降，但当流量超过0.6 kg/s时其对出口空气温度的影响较小，即调节冷却液流量的方式只有在一定流量范围内有较好的作用。在这个范围内，入口空气温度越高，流量越大，调节效果越明显。当流量超过一定值后，受换热能力的限制，中冷器出入口温差变化不大，此时冷却液流量的变化对中冷器换热量的影响很小。
图 7−44 所示为入口空气温度对出口空气温度的影响。显然出口空气温度随着入口空气温度的升高而升高，且空气流量越大，入口空气温度的影响越明显。以上分析表明，入口空气流量和温度的变化对出口空气温度的影响较大。如图 7−45 所示，出口空气温度随着冷却液温度的升高而升高，且空气流量越大，出口空气温度越高，但上升幅度不是很大。
图7−43 冷却液流量对出口空气温度的影响
图7−44 中冷器入口空气温度对出口空气温度的影响
图7−45 中冷器入口冷却液温度对出口空气温度的影响
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