燃料电池作为一种全新、高效、清洁的能量转换发电方式,对解决能源短缺和环境污染两大世界难题具有重要的意义,在小型基站、电动汽车、移动式电源、航空航天技术等方面有着广阔的应用前景。目前市场对电池理论输出特性的精确度和冷却系统的散热能力都提出了更高的要求,在准确把握单电池输出特性的基础上,对冷却系统尤其是冷却流道进行结构优化,能够延长燃料电池的使用寿命,提高净输出功率。2 kW燃料电池具有体积小、启动迅速、常温常压下工作、比功率大等优点,应用在便携式电源上具有明显的优势。文章在以下方面开展了相应的工作:(1)从热力学角度分析单电池的最高输出电压,并分别研究了活化极化、欧姆极化、浓差极化导致的电压损失,同时用MATLAB针对单电池输出电压与电流的关系、输出功率与电流的关系进行建模。(2)在小尺寸冷板上对冷却流道进行优化,并用CFX模拟冷却水流动及传热过程,分析了不同流速下冷却板表面最高温度、最大温差以及流道进出口压降。同时匹配了相应尺寸的平行流换热器。(3)搭建了2 kW燃料电池冷却性能测试实验台,对数据进行采集分析。(4)仿真及实验研究结果表明进口位置呈上下布置且弯道处采用90°圆弧形的流道在进口流速为0.3 m/s时能精确控制冷却板最高温度在339 K左右,最大温差在6 K以内,单根流道压力损失相比直角型流道可降低30%。