La gestione termica completa di un autobus a celle a combustibile comprende principalmente: la gestione termica delle celle a combustibile, la gestione termica delle celle di potenza, il riscaldamento invernale e il raffreddamento estivo, nonché la progettazione della gestione termica complessiva dell'autobus basata sull'utilizzo del calore di scarto delle celle a combustibile.
I componenti principali del sistema di gestione termica di una cella a combustibile includono: 1) Pompa dell'acqua: aziona la circolazione del liquido di raffreddamento. 2) Dissipatore di calore (nucleo + ventola): riduce la temperatura del liquido di raffreddamento e disperde il calore residuo della cella a combustibile. 3) Termostato: controlla la portata della circolazione del liquido di raffreddamento. 4) Riscaldamento elettrico PTC: riscalda il liquido di raffreddamento a bassa temperatura per preriscaldare la cella a combustibile. 5) Unità di deionizzazione: assorbe gli ioni presenti nel liquido di raffreddamento per ridurne la conduttività elettrica. 6) Antigelo per cella a combustibile: il fluido di raffreddamento.
In base alle caratteristiche della cella a combustibile, la pompa dell'acqua per il sistema di gestione termica presenta le seguenti caratteristiche: elevata prevalenza (maggiore è il numero di celle, maggiore è la prevalenza richiesta), elevata portata del liquido di raffreddamento (dissipazione di calore di 30 kW ≥ 75 l/min) e potenza regolabile. La velocità e la potenza della pompa vengono quindi calibrate in base alla portata del liquido di raffreddamento.
Il futuro sviluppo delle pompe idrauliche elettroniche prevede che, nel rispetto di diversi parametri, il consumo energetico si riduca progressivamente e l'affidabilità aumenti costantemente.
Il dissipatore di calore è costituito da un nucleo di dissipazione del calore e da una ventola di raffreddamento, e il nucleo del dissipatore di calore rappresenta l'area di dissipazione del calore dell'unità.
Tendenza evolutiva dei radiatori: sviluppo di un radiatore specifico per celle a combustibile, in termini di miglioramento dei materiali, necessario per aumentare la pulizia interna e ridurre il grado di precipitazione ionica.
Gli indicatori principali della ventola di raffreddamento sono la potenza della ventola e il volume d'aria massimo. La ventola modello 504 ha un volume d'aria massimo di 4300 m2/h e una potenza nominale di 800 W; la ventola modello 506 ha un volume d'aria massimo di 3700 m3/h e una potenza nominale di 500 W. La ventola è principalmente.
Tendenza nello sviluppo delle ventole di raffreddamento: la ventola di raffreddamento può successivamente cambiare nella piattaforma di tensione, adattandosi direttamente alla tensione della cella a combustibile o della cella di potenza, senza convertitore DC/DC, per migliorare l'efficienza.
Il riscaldamento elettrico PTC viene utilizzato principalmente nel processo di avviamento a bassa temperatura delle celle a combustibile in inverno. Il riscaldamento elettrico PTC trova due applicazioni nel sistema di gestione termica delle celle a combustibile: nel ciclo di funzionamento e nella linea dell'acqua di reintegro. Il ciclo di funzionamento è l'applicazione più comune.
In inverno, quando la temperatura è bassa, l'energia viene prelevata dalla cella di potenza per riscaldare il refrigerante nel ciclo ridotto e nella tubazione dell'acqua di reintegro, e il refrigerante caldo riscalda quindi il reattore fino a quando la temperatura del reattore raggiunge il valore target, dopodiché la cella a combustibile può essere avviata e il riscaldamento elettrico viene interrotto.
Il riscaldamento elettrico PTC si divide in bassa e alta tensione a seconda della piattaforma di tensione. La bassa tensione è principalmente di 24 V, che deve essere convertita a 24 V da un convertitore DC/DC. La potenza di riscaldamento elettrico a bassa tensione è principalmente limitata dal convertitore DC/DC a 24 V; attualmente, la potenza massima del convertitore DC/DC per la conversione da alta tensione a bassa tensione a 24 V è di soli 6 kW. L'alta tensione è principalmente di 450-700 V, che corrisponde alla tensione della cella di alimentazione, e la potenza di riscaldamento può essere relativamente elevata, principalmente a seconda del volume del riscaldatore.
Attualmente, i sistemi a celle a combustibile di produzione nazionale vengono avviati principalmente tramite riscaldamento esterno, ovvero preriscaldamento con termocoppia (PTC); aziende estere come Toyota, invece, consentono l'avvio diretto senza riscaldamento esterno.
La direzione di sviluppo del riscaldamento elettrico PTC per i sistemi di gestione termica delle celle a combustibile è la miniaturizzazione, l'elevata affidabilità e la sicurezza del riscaldamento elettrico PTC ad alta tensione.
Data di pubblicazione: 28 marzo 2023
