Das umfassende Wärmemanagement von Brennstoffzellenbussen umfasst im Wesentlichen: das Wärmemanagement der Brennstoffzelle, das Wärmemanagement der Leistungszelle, die Winterheizung und Sommerkühlung sowie die umfassende Wärmemanagementauslegung des Busses auf der Grundlage der Nutzung der Brennstoffzellenabwärme.
Die Kernkomponenten des Brennstoffzellen-Wärmemanagementsystems umfassen im Wesentlichen: 1) Wasserpumpe: treibt die Kühlmittelzirkulation an. 2) Kühlkörper (Kern + Lüfter): senkt die Kühlmitteltemperatur und führt die Abwärme der Brennstoffzelle ab. 3) Thermostat: regelt die Kühlmittelzirkulation. 4) PTC-Elektroheizung: erwärmt das Kühlmittel bei niedrigen Starttemperaturen, um die Brennstoffzelle vorzuwärmen. 5) Deionisierungseinheit: absorbiert Ionen im Kühlmittel, um die elektrische Leitfähigkeit zu reduzieren. 6) Frostschutzmittel für die Brennstoffzelle: dient als Kühlmedium.
Aufgrund der Eigenschaften der Brennstoffzelle weist die Wasserpumpe für das Wärmemanagementsystem folgende Merkmale auf: hohe Förderhöhe (je mehr Zellen, desto höher die erforderliche Förderhöhe), hoher Kühlmitteldurchfluss (30 kW Wärmeabgabe ≥ 75 l/min) und einstellbare Leistung. Pumpendrehzahl und -leistung werden entsprechend dem Kühlmitteldurchfluss kalibriert.
Der zukünftige Entwicklungstrend der elektronischen Wasserpumpe: Unter der Voraussetzung, dass mehrere Kriterien erfüllt werden, wird der Energieverbrauch kontinuierlich reduziert und die Zuverlässigkeit kontinuierlich erhöht.
Der Kühlkörper besteht aus einem Kühlkörperkern und einem Lüfter, wobei der Kern des Kühlkörpers die Einheitsfläche des Kühlkörpers darstellt.
Der Entwicklungstrend bei Kühlern: die Entwicklung eines speziellen Kühlers für Brennstoffzellen, hinsichtlich der Materialverbesserung, die erforderlich ist, um die innere Sauberkeit zu erhöhen und den Grad der Ionenausfällung zu verringern.
Die wichtigsten Kenngrößen eines Lüfters sind Lüfterleistung und maximales Luftvolumen. Der Lüfter des Modells 504 hat ein maximales Luftvolumen von 4300 m³/h und eine Nennleistung von 800 W; der Lüfter des Modells 506 hat ein maximales Luftvolumen von 3700 m³/h und eine Nennleistung von 500 W. Der Lüfter ist hauptsächlich
Entwicklungstrend bei Lüftern: Der Lüfter kann nachträglich auf der Spannungsplattform geändert werden und sich direkt an die Spannung der Brennstoffzelle oder Leistungszelle anpassen, ohne dass ein DC/DC-Wandler benötigt wird, um die Effizienz zu verbessern.
PTC-Elektroheizungen werden hauptsächlich beim Kaltstartvorgang von Brennstoffzellen im Winter eingesetzt. Sie haben zwei Einsatzorte im Wärmemanagementsystem der Brennstoffzelle: im Kleinkreislauf und in der Speisewasserleitung. Der Einsatz im Kleinkreislauf ist am häufigsten.
Im Winter, wenn die Temperaturen niedrig sind, wird Energie aus der Brennstoffzelle entnommen, um das Kühlmittel im kleinen Kreislauf und die Nachspeisewasserleitung zu erwärmen. Das heiße Kühlmittel erwärmt dann den Reaktor, bis die Temperatur des Reaktors den Zielwert erreicht hat. Dann kann die Brennstoffzelle gestartet werden und die elektrische Heizung wird abgeschaltet.
PTC-Heizelemente werden je nach Spannungsplattform in Niederspannungs- und Hochspannungsheizelemente unterteilt. Niederspannungsheizelemente arbeiten hauptsächlich mit 24 V und müssen mittels DC/DC-Wandler auf 24 V transformiert werden. Die Heizleistung von Niederspannungsheizelementen ist hauptsächlich durch den 24-V-DC/DC-Wandler begrenzt; derzeit beträgt die maximale Leistung eines DC/DC-Wandlers für die Umwandlung von Hochspannung in 24 V nur 6 kW. Hochspannungsheizelemente arbeiten üblicherweise mit 450–700 V, was der Spannung der Leistungszelle entspricht. Die Heizleistung kann relativ hoch sein und hängt hauptsächlich von der Größe des Heizelements ab.
Derzeit werden Brennstoffzellensysteme im Inland hauptsächlich durch externe Heizung gestartet, d. h. durch Aufwärmen mittels PTC-Heizung; ausländische Unternehmen wie Toyota können direkt ohne externe Heizung starten.
Die Entwicklungsrichtung der PTC-Elektroheizung für das Wärmemanagementsystem von Brennstoffzellen ist die Miniaturisierung, hohe Zuverlässigkeit und sichere Hochspannungs-PTC-Elektroheizung.
Veröffentlichungsdatum: 28. März 2023
