燃料電(diàn)池熱管理(lǐ)構成_合肥暢合能(néng)源科(kē)技(jì )有(yǒu)限公(gōng)司_燃料電(diàn)池冷卻液_燃料電(diàn)池空濾

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燃料電(diàn)池熱管理(lǐ)構成

發布時間：

2023-06-09

燃料電(diàn)池工(gōng)作(zuò)的熱量産(chǎn)生主要體(tǐ)現在化學(xué)反應放熱、歐姆極化放熱，壓縮空氣帶入熱量以及環境自身輻射的熱量。其中(zhōng)後兩者産(chǎn)生的熱量與前兩者相比可(kě)忽略不計。而散熱途徑主要是燃料電(diàn)池輻射散熱，循環冷卻水帶走熱量，系統内部生成的水的汽化散熱。通過控制電(diàn)池工(gōng)作(zuò)時候内部産(chǎn)熱和散熱的熱平衡來實現燃料電(diàn)池的熱管理(lǐ)。不同廠家熱管理(lǐ)系統的布局和設計或有(yǒu)不同，但其主要的零部件，和原理(lǐ)卻存在着相同之處

在燃料電(diàn)池系統連續工(gōng)作(zuò)的過程中(zhōng)，電(diàn)堆将産(chǎn)生持續的熱量輸出，導緻系統的溫度上升。而溫度作(zuò)為(wèi)影響燃料電(diàn)池系統的重要因素之一，主要表現在兩個方面。

其一，溫度升高能(néng)夠提高催化劑的活性，提升質(zhì)子交換膜的電(diàn)導率加速質(zhì)子傳遞，從而提高電(diàn)化學(xué)反應速率，增大反應電(diàn)流提升電(diàn)堆整體(tǐ)性能(néng)。

其二，過高的溫度會帶走反應過程中(zhōng)的水分(fēn)，使質(zhì)子交換膜脫水降低了熱力學(xué)平衡電(diàn)勢，增加氫的滲透造成電(diàn)壓損失。并且，質(zhì)子交換膜本身為(wèi)聚合物(wù)電(diàn)解質(zhì)，當溫度接近100℃時會使膜邊的脆弱，降低膜強度，當局部溫度過高，對應處質(zhì)子膜出現穿孔現象，流道内的氫氣與空氣混合，将會引起安(ān)全事故。

通過廣泛的研究證明，70~80℃的工(gōng)作(zuò)溫度能(néng)夠使電(diàn)堆内部的電(diàn)化學(xué)反應維持在最佳狀态。所以，高效的燃料電(diàn)池熱管理(lǐ)系統能(néng)夠有(yǒu)效的提升電(diàn)堆以及燃料電(diàn)池整體(tǐ)的性能(néng)，壽命，安(ān)全性。而高效的熱管理(lǐ)則是通過冷卻液在系統内部流動，各部件的溫度控制配合得以實現。

燃料電(diàn)池工(gōng)作(zuò)的熱量産(chǎn)生主要體(tǐ)現在化學(xué)反應放熱、歐姆極化放熱，壓縮空氣帶入熱量以及環境自身輻射的熱量。其中(zhōng)後兩者産(chǎn)生的熱量與前兩者相比可(kě)忽略不計。

而散熱途徑主要是燃料電(diàn)池輻射散熱，循環冷卻水帶走熱量，系統内部生成的水的汽化散熱。

通過控制電(diàn)池工(gōng)作(zuò)時候内部産(chǎn)熱和散熱的熱平衡來實現燃料電(diàn)池的熱管理(lǐ)。不同廠家熱管理(lǐ)系統的布局和設計或有(yǒu)不同，但其主要的零部件，和原理(lǐ)卻存在着相同之處。

主要零部件

循環水泵

為(wèi)不同工(gōng)況的燃料電(diàn)池系統系統提供某一定值流量、壓力的冷卻液循環，通過控制流速來控制散熱效率。主要參考指标有(yǒu)流量、揚程、絕緣性以及電(diàn)磁兼容（EMC）性。

電(diàn)子節溫器

也叫做電(diàn)子三通閥，通過對冷卻液溫度的感應控制冷卻液的流通路徑、進入散熱器的冷卻液量。需要具(jù)備快速響應、内部洩露量低的特性。

散熱器

把冷卻液所搭載的熱量傳遞給環境。要求大風量、低噪音、能(néng)夠實現無級調節，根據溫度反饋對應的運行狀态。

中(zhōng)冷器

通過對冷卻液和來自空壓機的壓縮空氣的熱交換，用(yòng)冷卻液來冷卻進氣，使進入電(diàn)堆的空氣溫度控制在合理(lǐ)範圍之内。其具(jù)有(yǒu)較大的熱交換量，需要高清潔度和低離子析出率特性。

換熱器

一般是指液-液換熱，通過電(diàn)堆出來的高溫冷卻液與外部的低溫冷卻液在換熱器中(zhōng)進行熱交換，提高熱利用(yòng)率。

PTC加熱器

由于低溫條件不利于燃料電(diàn)池啓動，PTC加熱器可(kě)以給冷卻液進行加熱，能(néng)夠盡快把熱量導入電(diàn)堆，縮短燃料電(diàn)池啓動時間。

冷卻液

燃料電(diàn)池系統主要熱傳導載體(tǐ)。由于需要保證燃料電(diàn)池運行過程中(zhōng)雙極闆會産(chǎn)生的高電(diàn)壓不會通過冷卻介質(zhì)傳導，所以需要要求其具(jù)備極低的電(diàn)導率。其具(jù)體(tǐ)的一些參數特性可(kě)以參考上一篇關于燃料電(diàn)池專用(yòng)冷卻液的相關内容。

去離子器

根據燃料電(diàn)池對冷卻液低離子電(diàn)導率的嚴格要求，去離子器成為(wèi)燃料電(diàn)池熱管理(lǐ)系統中(zhōng)的獨具(jù)的部件。在冷卻管路中(zhōng)安(ān)置去離子器以維持冷卻液的電(diàn)導率維持在一個穩定的水平。其活性物(wù)質(zhì)是樹脂，故又(yòu)稱離子交換樹脂過濾器。

水箱

一般使用(yòng)膨脹水箱來存儲冷卻液，當冷卻液溫度升高，水位上升，回路裏冷卻液會回流入膨脹箱，防止水箱壓力過高，反之補充水箱水位。一些車(chē)用(yòng)系統會另外設置一個儲熱水箱來實現液-液換熱和供暖需求。

傳感器

一般是指溫度-壓力一體(tǐ)傳感器，監控冷卻液水溫和進/出堆兩側的壓力。有(yǒu)些廠家會加裝(zhuāng)電(diàn)導率傳感器，監測冷卻液的電(diàn)導率變化，當電(diàn)導率超過設定的閥值時，開啓去離子器通路，讓冷卻液經過去離子器進行脫離子；當電(diàn)導率下降到2us以下時，關閉這條通路，以延長(cháng)去離子器的使用(yòng)壽命。

熱管理(lǐ)系統根據冷卻液流經通道不同一般分(fēn)為(wèi)大循環（内循環）和小(xiǎo)循環（外循環）。當溫度不高時，冷卻液經由節溫器出口直接進入電(diàn)堆，帶出氫氣、氧氣以及廢熱後直接進入冷卻液水泵形成又(yòu)一次的循環叫做小(xiǎo)循環（内循環）。當冷卻液溫度過高時，冷卻液經由節溫器進入散熱器、将其中(zhōng)的熱量置換出去後由散熱器出口後在進入電(diàn)堆的循環叫做大循環（外循環）。

此外，根據不同系統廠家的方案和布局結構也常呈現不同的冷卻管路設計。

以下給出幾種常見的燃料電(diàn)池熱管理(lǐ)系統設計：