技术专题 | 燃料电池“热管理系统”详解

进入21世纪以来，北半球夏季高温热浪事件日趋频繁。尤其是今年，高温天气频发，相信大家都深有感受。炎炎夏日，当我们在空调房吃着西瓜享受凉爽时，为人类提供交通出行的燃料电池汽车却要在高温天气承受暴晒。车辆在运行过程中，燃料40%~60%的化学能转换成电能，其余的能量大多数转化为热能，如果热量不能及时排出电池，系统温度会持续上升，出现局部单节电池或者电池内局部区域超温现象，严重影响燃料电池正常工作。因此，氢燃料电池要在合适的温度范围内运行，离不开热管理系统。

什么是氢燃料电池热管理系统？本期小编就来和大家简单讨论一下。

氢燃料电池的热管理系统是将电堆反应过程中生成的热量排出系统外，使电堆维持在最适宜的温度工作的系统。一个典型的氢燃料电池热管理系统主要包含水泵、节温器、PTC、中冷器、冷却管路、散热器和散热风扇等部件。

水泵是氢燃料电池热管理系统的“心脏”，它给系统冷却液做功，使冷却液循环。一旦电堆热到“难以自拔”，冷却水泵就加大冷却液的流速来给电堆降温。

节温器用来控制冷却系统的大小循环。运行过程中节温器根据冷却水温度自动调节进入散热器的水量，以保证燃料电池在合适的温度范围内工作，可起到节约能耗等作用。

PTC是电堆在低温冷启动时给冷却液辅助加热的，使冷却液尽快达到需求的温度，缩短燃料电池系统冷启动时间。

中冷器的作用是冷却来自空压机的压缩空气，它通过冷却液和空气的热交换来降低压缩空气温度，使进入电堆的空气温度在合理的范围内。

冷却管路负责连接各零部件，使冷却液形成完整的循环。与所有零部件要求一样，冷却管路需具备绝缘性及较高的清洁度。

氢燃料电池热管理系统相比传统燃油发动机而言，也面临着诸多难题，例如散热需求大，冷却液电导率低，零部件功率较大等问题。近年来，亿华通不断加强技术研发和实际应用，在零部件开发上大大提升了可靠性，还开发了燃料电池系统余热利用控制策略，使得燃料电池系统散热能力及余热利用率实现大幅提升。

为优化整车的环境适应性，亿华通开发了基于多热域耦合协调控制的燃料电池系统余热利用控制策略。由于燃料电池发动机系统遵循高温高湿高压的技术路线，电堆出口水温最高超过 85 ℃，较高的水温使得余热利用系统更容易回收冷却液中的热量，用于冬季车厢内的暖风、除霜等；同时，较高的水温也降低了对燃料电池发动机散热器散热面积的要求，有利于整车布置。

图二是实车余热利用效果，燃料电池在供电的同时还输出一定量的热能，起到了较好的能量综合利用效果。经统计，采用余热利用后，12m 公交车冬季的百公里氢耗由 8.6 kg 降至 7.6 kg，降低了11. 6%。

来源：亿华通