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熱管理系統(tǒng)作用

當燃料電池在零下溫度啟動過程中產(chǎn)生的熱量不足時，電化學(xué)反應(yīng)生成的水會在電池內(nèi)部結(jié)冰，造成燃料電池?zé)o法正常啟動或性能下降。在高溫環(huán)境中持續(xù)工作也會帶來膜脫水、催化劑團聚、冷機啟動速度緩慢等問題。為了保證燃料電池在適宜的溫度下運行，熱管理系統(tǒng)起到關(guān)鍵作用。

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熱管理系統(tǒng)組成

一個典型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要包含水泵、節(jié)溫器、加熱器、中冷器、冷卻管路、散熱器和散熱風(fēng)扇等部件。

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典型燃料電池系統(tǒng)熱管理架構(gòu)

3.1升溫模式

a.  冷啟動階段，加熱器閥關(guān)閉，冷卻液經(jīng)去離子器回到燃料電池，駕駛室暖風(fēng)循環(huán)水路加熱氫氣循環(huán)泵與排水排氣閥。

b.  冷啟動成功后，加熱器閥打開，冷卻液經(jīng)去離子器和駕駛室暖風(fēng)循環(huán)水混合后到燃料電池。

c.  加熱需求降低，加熱器停止加熱，僅依靠燃料電池加熱，冷卻液經(jīng)過去離子器和駕駛室暖風(fēng)循環(huán)水路回到燃料電池。

d.  冷卻液溫度大于燃料電池目標溫度，節(jié)溫器打開，冷卻液經(jīng)過去離子器、散熱器和駕駛員暖風(fēng)循環(huán)水路回到燃料電池。

3.2冷卻模式

a.  燃料電池功率輸出較小時，冷卻需求不高，冷卻液經(jīng)去離子器回到燃料電池。

b.  當燃料電池功率輸出變大，冷卻需求提高，節(jié)溫器打開，冷卻液經(jīng)去離子器和散熱器回到燃料電池。

c.  冷卻需求繼續(xù)提高，冷卻風(fēng)扇開始工作，節(jié)溫器打開，冷卻液經(jīng)去離子器和散熱器回到燃料電池。

d.  燃料電池持續(xù)大功率輸出時，冷卻需求繼續(xù)提高，加熱器閥打開，冷卻風(fēng)扇工作，節(jié)溫器打開冷卻液經(jīng)去離子器和散熱器以及駕駛員暖風(fēng)循環(huán)水回到燃料電池。

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總結(jié)

在燃料電池系統(tǒng)開發(fā)過程中，熱管理研究至關(guān)重要。通過對典型燃料電池系統(tǒng)的熱管理研究，對在研產(chǎn)品設(shè)計起到指導(dǎo)意義：

1. 應(yīng)用駕駛員暖風(fēng)循環(huán)水路快速加熱排水排氮閥，解決低溫環(huán)境中冷機啟動工況因閥體結(jié)冰產(chǎn)生的卡滯問題；

2. 應(yīng)用駕駛員暖風(fēng)循環(huán)水路快速加熱氫氣循環(huán)泵，保證冷機啟動工況陽極側(cè)氫氣計量比，優(yōu)化啟動性能；

3. 低溫環(huán)境應(yīng)用燃料電池產(chǎn)生的余熱，加熱氫氣循環(huán)泵、排水排氣閥，并給駕駛室提供暖風(fēng)；

4. 燃料電池持續(xù)大功率輸出，將暖風(fēng)循環(huán)水路與燃料電池冷卻水混合，提升熱管理系統(tǒng)冷卻能力。