近日，中國科學院廣州能源研究所在氫燃料電池汽車整車熱管理技術領域取得重要進展，創造性地提出了“時變”(time-dependent)熱管理方法，并開發出了一種具有熱峰調節器的新型熱管理系統。相關研究以A novel thermal management system with a heat-peak regulator for fuel cell vehicles為題發表于能源類學術期刊Journal of Cleaner Production（JCR一區）。
熱管理問題一直是氫燃料電池汽車面臨的重大技術挑戰，該技術難題主要來源于以下幾個因素：（1）氫燃料電池電堆產生的廢熱量較大，這類廢熱在行車過程中既無法被有效利用，也無法像傳統內燃機那樣隨尾氣排放，只能通過熱管理系統的冷卻回路排出；（2）受限于氫燃料電池較低的運行溫度（70-80°C），其冷卻回路可利用的換熱溫差較小，導致散熱器的散熱能力嚴重不足；（3）除了氫燃料電池電堆，電機、電控、空壓機、車艙等也有各自不同的熱管理需求，增加了熱管理的難度和系統復雜性；（4）熱管理系統可利用空間有限，電堆散熱器、PCU散熱器、空調冷凝器都需要堆集在車頭迎風處，無法通過增加換熱面積來提升散熱能力。
為了解決氫燃料電池汽車的整車熱管理技術難題，國內外學者主要從開發耐高溫質子交換膜和高效散熱器兩個方面展開，但尚未取得實質性進展。目前，熱管理問題已成為制約氫燃料電池汽車功率提升和發展應用的一大障礙。先進能源系統研究室蔣方明研究員團隊根據汽車交通行駛過程中功率及產熱波動性特征，提出從時間維度考慮解決熱管理難題，其核心技術思路是：在熱管理系統中增設一種自主開發的具有蓄熱功能的熱峰調節器（如圖1所示）；當電堆產熱過大且散熱器能力不足時，將過余熱量儲存在熱峰調節器中；在非高峰產熱階段，熱峰調節器將熱量逐漸導入空調回路，通過空調冷凝器完成排放（如圖2所示）。研究表明，該技術思路和新型熱管理系統可以取得良好效果，有望解決氫燃料電池汽車的熱管理難題。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137712
圖1 具有熱峰調節器（Heat-peak regulator）的氫燃料電池汽車整車熱管理系統
圖2 “時變“(time-dependent)熱管理思路原理圖
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