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燃料電池去離子器|產(chǎn)品介紹

更新時間:2023-06-01點擊次數(shù):13580

每到夏日,人類不能離開——西瓜、WiFi和空調(diào)??照{(diào)被譽為20世紀偉大發(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,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)。

什么是氫燃料電池熱管理系統(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,使電堆維持在適宜的溫度工作。一個典型的氫燃料電池熱管理系統(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。

氫燃料電池熱管理系統(tǒng)循環(huán)圖

氫燃料電池熱管理系統(tǒng)示意圖

部件盤點 

水泵

水泵是氫燃料電池熱管理系統(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*的。此外,水泵還需要實時反饋當前的運行狀態(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(Positive Temperature Coefficient) 

節(jié)溫器

 

節(jié)溫器用來控制冷卻系統(tǒng)的大小循環(huán)。當冷卻液溫度較低時,為盡快達到系統(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行散熱,從而降低冷卻液溫度。當散熱需求很大時,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,當覺得冷的時候需要多穿一些衣服保持溫度,當熱的時候需要脫掉一些衣服增加散熱。

 

節(jié)溫器由電機執(zhí)行機構(gòu),閥體,進出口及殼體組成。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)。

氫燃料電池熱管理系統(tǒng)相比傳統(tǒng)燃油發(fā)動機而言,主要面臨兩個較大的挑戰(zhàn):

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)將面臨更多的機遇與挑戰(zhàn),也將進入一個嶄新的發(fā)展階段。

 

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