每到夏日，人類不能離開——西瓜、WiFi和空調(diào)。空調(diào)被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大發(fā)明之一，給人類提供舒適的環(huán)境，撐起了人類在炎熱面前的尊嚴(yán)，而氫燃料電池的熱管理系統(tǒng)與空調(diào)有相似的作用。人們要在適宜的溫度下生活，離不開空調(diào)；同樣的，氫燃料電池要在合適的溫度范圍內(nèi)運行，也離不開熱管理系統(tǒng)。

什么是氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)？

氫燃料電池的熱管理系統(tǒng)是將電堆反應(yīng)生成的熱量排出系統(tǒng)外，使電堆維持在最適宜的溫度工作。一個典型的氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)循環(huán)主要包含：①水泵、②節(jié)溫器、③去離子器、④中冷器、⑤水暖PTC、⑥冷卻模塊及⑦冷卻管路等。

氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)循環(huán)圖

氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)示意圖

部件盤點

水泵

水泵是氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的“心臟”，它給系統(tǒng)冷卻液做功，使冷卻液循環(huán)。一旦電堆熱到“難以自拔”，冷卻水泵就加大冷卻液的流速來給電堆降溫。為了保證電堆產(chǎn)生的熱量能夠快速、有效的散發(fā)，水泵自身也要具備很高的“素質(zhì)”，大流量、高揚程、絕緣及更高的EMC能力是必不可少的。此外，水泵還需要實時反饋當(dāng)前的運行狀態(tài)或故障狀態(tài)。

水泵

中冷器

中冷器的作用是冷卻來自空壓機(jī)的壓縮空氣，它通過冷卻液和空氣的熱交換來降低壓縮空氣溫度，使進(jìn)入電堆的空氣溫度在合理的范圍內(nèi)，主要結(jié)構(gòu)由芯體、主板、水室和氣室組成。中冷器的特點是熱交換量大，清潔度要求高及離子釋放率低。

中冷器

去離子器

氫燃料電池運行過程中，冷卻液的離子含量會增高，使其電導(dǎo)率增大，系統(tǒng)絕緣性降低，去離子器就是用來改善這種現(xiàn)象。通過吸收熱管理系統(tǒng)中零部件釋放的陰陽離子，去離子器降低了冷卻液的電導(dǎo)率，使系統(tǒng)處于較高的絕緣水平。

去離子器由殼體、濾網(wǎng)、樹脂及進(jìn)出口管組成。它的要求是離子交換量大、吸收離子速率快，同時成本低。

去離子器

水暖PTC

在環(huán)境溫度較低的情況下，燃料電池面臨低溫挑戰(zhàn)。水暖PTC是給電堆在低溫冷啟動時給冷卻液輔助加熱的，使冷卻液盡快達(dá)到需求的溫度，縮短燃料電池系統(tǒng)冷啟動時間，就好比天氣較冷的時候，運動員正式比賽前，先要做好充分的“熱身運動”。水暖PTC由加熱芯體、控制板及殼體組成，其要求是響應(yīng)快、功率穩(wěn)定。

水暖PTC(PositiveTemperatureCoefficient)

節(jié)溫器

節(jié)溫器用來控制冷卻系統(tǒng)的大小循環(huán)。當(dāng)冷卻液溫度較低時，為盡快達(dá)到系統(tǒng)所需的溫度，節(jié)溫器控制冷卻液的流向，使得冷卻液不經(jīng)過外部散熱器及風(fēng)扇，形成冷卻液的小循環(huán)流向。當(dāng)冷卻液溫度不斷升高，超出系統(tǒng)所需求的合適溫度時，節(jié)溫器會慢慢打開，使部分冷卻液流過外部散熱器進(jìn)行散熱，從而降低冷卻液溫度。當(dāng)散熱需求很大時，節(jié)溫器將全部打開，所有冷卻液都通過外部散熱器，此時冷卻液的流向稱為大循環(huán)，其作用好比人身上穿的衣服，當(dāng)覺得冷的時候需要多穿一些衣服保持溫度，當(dāng)熱的時候需要脫掉一些衣服增加散熱。

節(jié)溫器由電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，閥體，進(jìn)出口及殼體組成。燃料電池系統(tǒng)對節(jié)溫器的要求是響應(yīng)速度快、內(nèi)部泄露量低、帶位置反饋信息（電機(jī)節(jié)溫器）。

節(jié)溫器

散熱器

散熱器顧名思義就是用來散熱的，它將冷卻液的熱量傳遞給環(huán)境，降低冷卻液的溫度。如果類比于人體，其作用好似人身上的皮膚，通過和環(huán)境的溫差來進(jìn)行散熱。散熱器本體需求的散熱量大、清潔度要求高、離子釋放率低，散熱器的風(fēng)扇要求風(fēng)量大、噪音低、無級調(diào)速并需要反饋相應(yīng)的運行狀態(tài)。

散熱器

冷卻管路

冷卻管路作為氫燃料電池的“血管”，連接著各零部件，使冷卻液形成完整的循環(huán)。與所有零部件要求一樣，冷卻管路要求絕緣性及較高的清潔度。

冷卻管路

挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)算什么？

正如曾經(jīng)的每一次變革都會受到技術(shù)上的阻礙，在汽車從傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換到氫能源的路上也有著不小的挑戰(zhàn)。

氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)相比傳統(tǒng)燃油發(fā)動機(jī)而言，主要面臨兩個較大的挑戰(zhàn)：

一是零部件離子釋放的控制，在熱管理系統(tǒng)的零部件中，中冷和散熱器較容易釋放離子，導(dǎo)致冷卻液電導(dǎo)率升高，進(jìn)一步影響到系統(tǒng)的絕緣。目前主要緩解該問題的方式是零部件增加清洗工藝，但按照當(dāng)前的狀態(tài)，清洗往往需要很長時間，影響生產(chǎn)節(jié)拍，同時清洗的效果也有限，無法避免離子的長期釋放。未來探索新的生產(chǎn)工藝、更合理的系統(tǒng)設(shè)計都將有助于改善相關(guān)的問題。

二是散熱效率需要提高。一般而言，在相同的車輛運行條件下，氫燃料電池的散熱量比傳統(tǒng)燃油發(fā)動機(jī)大10%-20%左右，但燃料電池系統(tǒng)的運行溫度較低，與環(huán)境的溫差較小，這導(dǎo)致了燃料電池對散熱要求相比傳統(tǒng)車高了很多。除了增加散熱面積外，更優(yōu)的散熱器設(shè)計，更合理的進(jìn)氣格柵設(shè)計，更高的電堆效率都將有助于解決散熱困難的問題。

更好的熱管理系統(tǒng)有助于提高氫燃料電池系統(tǒng)的使用壽命，同時更合理的熱量綜合利用有利于系統(tǒng)的節(jié)能減排。相信隨著氫燃料電池行業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的熱管理技術(shù)將面臨更多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，也將進(jìn)入一個嶄新的發(fā)展階段。