氢燃料电池汽车水、热管理-电动汽车技术

氢燃料电池汽车水、热管理技术 AUTOMOTIVEENGINEERINGRESEARCHINSTITUTE 开放变革创新 1氢燃料电池汽车水、热管理概述 2氢燃料电池水、热管理技术 3氢燃料电池汽车水、热管理主要构型 4热管理团队简介 水、热管理是燃料电池动力系统研究与开发的核心关键技术之一，对整车动力系统的性能、安全和寿命具有决定性影响。 干燥•交换膜含水量过低，其电导率将会下 降，导致电池的欧姆电压损失增大。 •膜失水后催化层界面的活性也会下降 •温度过高会导致质子交换膜脱水，膜的稳定性下降，质子传导性能下降。在常压下燃料电池的工作温度不能超过85℃ 高温 •电池内部过多的液态水，会导致电极水淹，阻碍电化学反应的正常进行； •过多的气态水，会稀释反应气体的浓水淹 度，造成反应界面的反应气体不足 低温 •温度越低，氢气和空气向催化剂层扩散、质子从阳极向阴极的运动都将减慢，电池内阻增加，电池性能下降。 •在零度以下反复水、冰相变引起体积的变化会对电池材料与结构产生影响，导致冷启动失败 3/17 电堆温度、含水量的监控 温度过高时有效冷却 低温冷启动冷却液的导电 率控制 湿度控制 1.监控电堆温度、膜含水量2.快速调整电 堆冷却策略及加湿策略 1.电堆出口水温的控制，保证电堆性能2.电堆内部温 度分布的均匀性 保证低温快速启动 去除冷却液中的阴阳离子，降低冷却液的电导率，保证冷却系统的绝缘性，保证电堆的安全性。 1.保证电堆内部一定的湿度 2.排水及时， 保证电堆内部的的水平衡。 氢燃料电池汽车水、热管理概述 反应气体进 外部换热器 低温停车吹 增加去离子 外部加湿、 排气压降、 扫、冷启动 器、零部件 自加湿、电 高频阻抗、 时减少空气 管路材料选 堆内部结构 电化学阻抗 计量比，增 择 优化 加废热、外部加热 4/17 燃料电池汽车热管理相关核心部件 5/17 燃料电池热量有一半左右通过冷却介质损失掉，对于这部分热量的回收及再利用可以大大提升燃料电池效率。 在冬季利用水源热泵技术实现乘员舱采暖 6/17 氢燃料电池汽车水、热管理技术 热管理技术路线 电堆放电发热特性 低温冷启动特性 电机发热特性 电池发热特性 功率电子发热特性 控制策略试验标定 热管理系统控制策略制定 系统集成及性能试验验证 热分布及传递仿真分析及试验研究 样车试验验证 热管理系统集成仿真平台 热管理系统零部件选型匹配 7/17 水管理技术路线 1.外部加湿：通过增加外部加湿器对空气进气进行加湿 2.内部自加湿：通过优化电堆内部结构和气体循环优化来满足自加湿 氢燃料电池汽车水、热管理技术 DevelopmentofCompactandHigh-PerformanceFuelCellStack.SAE2015-01-1175 8/17 车型 丰田Mirai 本田 clarity 现代NEXO 时间 2014 2016 2018 动力总成方案 燃料电池镍氢电池1.6KWh 燃料电池锂离子电池1.3KWh 燃料电池锂离子电池1.56KWh 燃料电池功率KW 114 103 95 冷启动 -30℃ -30℃ -30℃，40s 储氢 70MPa(2) 70MPa(2) 70MPa(3) 电堆功率密度kW/L 3.1 3.1 3.11 最高车速km/h 180 170 160 续驶里程km 650 750 754 9/17 本田Clarity 特点： 1.冷却系统管路长度小，结构紧凑 2.去离子器冷却液回路常通 DownsizingTechnologyforFCCoolingSystemInstallationunderFrontHood.HondaR&DTechnicalReview,April2019. 10/17 丰田Mirai DevelopmentofCompactandHigh-PerformanceFuelCellStack.SAE2015-01-1175DevelopmentoftheFuelCellSystemintheMiraiFCV.SAE2016-01-1185 11/17 丰田Mirai热管理对标测试 12/17 2019.06-10 整车性能对标测试及关键技术解析 2019.10-11 燃料电池系统性能对标测试及关键技术解析 2020.01-04 整车拆解 电堆性能对标 2020.03-05 燃料电池汽车水、热管理主要构 型现代NEXO 参与对标请联系曲辅凡17694843368 13/17 爬坡和加速工况 匀速行驶工况 减速工况 H2 H2 H2 Battery Battery Battery Inverter Inverter FC-Stack Inverter FC-Stack FC-Stack GDUMotor GDUMotor GDUMotor 14/17 15/17 AERI热管理团队 2011年成立热管理团队，到目前为止拥有专业的开发团队、国际一流的从整车到零部件的测试设备、软件资源、完善的项目开发及管理流程。 以基础数据库、1D/3D仿真、试验验证为手段，为客户提供冷却、空调系统匹配开发、热管理系统正向开发及优化提升、热管理控制策略制定及标定、测试验证等服务，车型覆盖传统车及新能源汽车。 天津/常州 软件资源 SimcenterAmesim 防爆仓可做氢燃料电池车试验 16/17