劉萬青:氫燃料電池冷卻液高效傳熱實現突破
發(fā)布日期:2022-09-15 瀏覽次數:2779
一、氫燃料電池汽車行業(yè)背景
當前,氫能已是我國能源領域的戰(zhàn)略性新興產業(yè),而氫燃料電池技術是實現氫能利用的重要技術路線之一。我國經過多年發(fā)展,目前已經初步掌握了燃料電池電堆及其關鍵材料、動力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎設施的核心技術,基本建立了具有自主知識產權的燃料電池汽車動力系統(tǒng)技術平臺,氫燃料電池汽車及相關配套產業(yè)與國外的差距正不斷縮小。特別在燃料電池系統(tǒng)方面,國內行業(yè)龍頭自主研發(fā)進程增速明顯,燃料電池系統(tǒng)產品的額定功率、啟動溫度、使用壽命等部分指標均已達到國際領先水平。
根據工業(yè)和信息化部發(fā)布的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》數據,2021年全年氫燃料電池汽車推薦車型數量達262款,較2019年增長了2.6倍,表明我國氫燃料電池汽車商業(yè)化進程加速明顯。
二、燃料電池熱管理行業(yè)痛點
燃料電池工作時能量轉換高,排放熱量大(約占總能量的50%,是同功率發(fā)動機的2~3倍),其95%的熱量均由冷卻液帶走排熱,而一旦熱量不能及時排出,便因熱失控導致質子交換膜失水等現象,燃料電池性能將會急劇下降。所以極端工況下的溫度控制是燃料電池商業(yè)化面臨的主要挑戰(zhàn)之一。
隨著100KW以上的大功率燃料電池的陸續(xù)推出,電堆內部散熱要求越來越高,特別在極限工況下,散熱問題成了限制整車運行性能的關鍵性問題。
目前燃料電池的主流冷卻方式采用的都是液冷技術,利用低電導率冷卻液將電堆內部的熱量帶出來。遇到散熱痛點后,燃料電池廠商和整車廠商一般都在電池冷卻系統(tǒng)的硬件設計和選型上進行冷卻性能改進:如對雙極板冷卻流道進行設計和加工的改進;提高電子水泵的功率,增大冷卻介質的流速;提高冷卻風扇的功率,增大進氣風速;改變散熱器的內部結構形式、增加散熱器的數量等。但此類方法已達到設計功率和電池空間的瓶頸極限,難以突破。
因此作為燃料電池散熱的關鍵冷卻流體介質,其導熱性能的提升便成為主流燃料電池廠商的聚焦點。新型液冷材料和導熱技術的創(chuàng)新,深度挖掘液冷流體介質的導熱潛能,也是目前解決燃料電池散熱問題的關鍵技術路線。
三、華清液冷
華清液冷是國內較早研發(fā)燃料電池低電導率冷卻液的團隊,并很早就與國內燃料電池龍頭進行合作開發(fā)和測試,在低電導率保持性、導熱性及成本上均優(yōu)于德國和美國。在此基礎上,再結合納米流體技術,合肥華清液冷研發(fā)團隊成為國內首家研發(fā)出高效傳熱性的燃料電池納米冷卻液(HQ-F-N-1),在保持一般性功能的優(yōu)勢外,還提升冷卻液導熱性能20%以上,極大提高了燃料電池系統(tǒng)散熱效率;該產品填補了該領域的國內外空白,節(jié)能增效,經濟效益明顯。
華清HQ-F-N-1的優(yōu)勢
1、優(yōu)異的導熱性能:提高導熱系數20%以上,提升燃料電池的使用性能;
2、優(yōu)異的金屬保護性能:按照SH/T 0085試驗方法,測量金屬試片的腐蝕情況,金屬保護性能遠優(yōu)于國外
3、優(yōu)異的低導電率保持能力:在相同試驗條件下,采用臺架測試HQ-F-N-1和德國冷卻液在60min時間內電導率增加量,產品的電導率保持性優(yōu)于德國
4、環(huán)保減排:降低冷卻液總體用量,降低功耗,減少碳排放;
5、成本低:降低了全壽命周期使用成本和維護成本。
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