鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：944次 | 2021年10月15日
剖析燃料動力電池?zé)峁芾?/h1>
大功率密度、高冷啟動性能、自增濕以及車用工況的匹配等都對燃料動力鋰電池的熱管理策略提出了更高的要求。要用好氫燃料動力鋰電池，做好熱管理尤為關(guān)鍵。
“燃料動力鋰電池?zé)峁芾淼淖畲笃款i還是在于電堆的性能提升?！狈鹕绞星鍢O能源科技有限公司副總?cè)~長流告訴高工氫電，燃料動力鋰電池?zé)峁芾淼年P(guān)鍵器件已經(jīng)不存在“卡脖子”問題，從長遠(yuǎn)來看，要做好熱管理，還要提升改進(jìn)燃料動力鋰電池堆的性能。
熱管理的重要元器件
氫燃料動力鋰電池的熱管理系統(tǒng)將電堆反應(yīng)生成的熱量排出系統(tǒng)外，使電堆維持在適合的溫度區(qū)間工作。事實(shí)上，燃料動力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)重要包括燃料動力鋰電池?zé)峁芾恚ㄈ剂蟿恿︿囯姵乇倔w）和動力系統(tǒng)平臺熱管理兩部分。從燃料動力鋰電池系統(tǒng)熱管理的元器件組成來看，又重要由水泵、節(jié)溫器、去離子器、中冷器、水暖PTC、冷卻模塊及冷卻管路等不同部分組成。
燃料動力鋰電池為何要熱管理？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
燃料動力鋰電池動力系統(tǒng)（簡稱：FCPS）的熱效率一般為35%-45%左右，而傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)的熱效率在30%以下，在出現(xiàn)相同的功率的情況下，燃料動力鋰電池汽車一般要比燃油汽車節(jié)能25%左右，由此可見FCPS的環(huán)保和節(jié)能優(yōu)勢比較突出。
然而，盡管燃料動力鋰電池發(fā)動機(jī)（簡稱：FCE）的效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，但是其散熱問題卻是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。
相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)散熱，15%是通過發(fā)動機(jī)機(jī)體散出，40%通過排氣管以尾氣的形式排放，只有8%的熱量是通過散熱器散出。跟傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)不同，F(xiàn)CE在散熱方面重要依靠散熱器，理論上，F(xiàn)CPS的熱效率和散熱器的熱量在41%左右，有18%的熱量要通過散熱器來散出。
但在惡劣的工況下，F(xiàn)CPS的熱效率約為35%，此時(shí)僅有3%的熱量是通過尾氣排出，其余62%的熱量要通過散熱器來散發(fā)。
由于燃料動力鋰電池的工作溫度相對較低，散熱器中冷卻液與環(huán)境的溫差比傳統(tǒng)汽車小，這也為其熱管理帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
提升電堆性能是做好熱管理的基礎(chǔ)
事實(shí)上，改變電堆的輸出功率是通過改變電流的密度實(shí)現(xiàn)的。但是，隨著電流密度的改變，電堆發(fā)熱功率也會明顯變化，這就要對熱管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以防止電堆過熱影響壽命和運(yùn)行安全或溫度過低降低效率。
在電堆的實(shí)際運(yùn)行中會發(fā)現(xiàn)，假如要調(diào)整電堆的溫度，要通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。若僅在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，可能無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電堆溫度的目標(biāo)。若調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速至一定數(shù)值之上，水泵轉(zhuǎn)速的提高又只能新增熱管理系統(tǒng)的功耗，造成能量密度損失，降低發(fā)動機(jī)的效率。
如何在效率和熱管理方面達(dá)成最優(yōu)化，成為擺在電堆公司面對的難題。此外，在實(shí)際裝車應(yīng)用的過程中，還要考慮體積等其它方面的因素。
“考慮到車用燃料動力鋰電池的配置空間，特別是乘用車的高要求，熱管理最大的壓力反而轉(zhuǎn)移到電堆上了?！比~長流表示，希望適配的散熱器能做的更小，功耗更低，這也要求電堆的散熱量要小，效率要高，進(jìn)而對電堆的運(yùn)行溫度和濕度的匹配提出了更高的要求。
現(xiàn)階段，熱管理的配件基本能夠滿足供應(yīng)，核心環(huán)節(jié)依然在于電堆環(huán)節(jié)。
“溫差要大，這對電堆來說就是很大的挑戰(zhàn)?！眹鴥?nèi)一家燃料動力鋰電池公司熱管理工程師認(rèn)為，電堆工作的溫度越高，又會導(dǎo)致濕度降低，并且對膜電極的耐低濕度帶來的挑戰(zhàn)。這要提升電堆效率，要性能更好的膜電極。
另從雙極板的角度來看，石墨板和金屬板在熱管理的散熱性能方面差別不大，但是在冷啟動方面，石墨板的加熱速度較慢，金屬板要明顯優(yōu)于石墨板。這意味著，不同類型的電堆有關(guān)熱管理的需求也不相同。
若對標(biāo)國外先進(jìn)的熱管理水平，國內(nèi)還有很多地方有待改進(jìn)。
“從目前已經(jīng)成熟應(yīng)用的情況來看，國內(nèi)的燃料動力鋰電池?zé)峁芾砀鷩庀啾冗€有較大的差距?！眹鴥?nèi)一家燃料動力鋰電池汽車熱管理工程師認(rèn)為，這種差距重要體現(xiàn)在電堆上。國內(nèi)的電堆的工作溫度控制在60度到70度左右，但是國外能做到80度以上，這與膜電極的耐熱性密切相關(guān)。
“按照額定電壓0.67V，國內(nèi)膜電極的電流密度在1A/cm2左右，同樣的電壓，國外能做到1.5A-2A/cm2?！币幻夹g(shù)人員認(rèn)為，在膜電極方面，國內(nèi)外差距還是比較大的。
當(dāng)然不必過于悲觀，現(xiàn)在國內(nèi)的電堆公司進(jìn)步很快，很多國內(nèi)公司在對標(biāo)豐田公司的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。高工氫電了解到，目前有少數(shù)國內(nèi)電堆公司研發(fā)的樣堆膜電極耐受溫度能達(dá)到85度，相當(dāng)于接近豐田在2014年的水平。
