每到夏日，人類不能離開——西瓜、WiFi和空調。空調被譽為20世紀最偉大發明之一，給人類提供舒適的環境，撐起了人類在炎熱面前的尊嚴，而氫燃料電池的熱管理系統與空調有相似的作用。人們要在適宜的溫度下生活，離不開空調；同樣的，氫燃料電池要在合適的溫度范圍內運行，也離不開熱管理系統。

什么是氫燃料電池熱管理系統？

氫燃料電池的熱管理系統是將電堆反應生成的熱量排出系統外，使電堆維持在最適宜的溫度工作。一個典型的氫燃料電池熱管理系統循環主要包含：①水泵、②節溫器、③去離子器、④中冷器、⑤水暖PTC、⑥冷卻模塊及⑦冷卻管路等。

氫燃料電池熱管理系統循環圖

氫燃料電池熱管理系統示意圖

部件盤點

水泵

水泵是氫燃料電池熱管理系統的“心臟”，它給系統冷卻液做功，使冷卻液循環。一旦電堆熱到“難以自拔”，冷卻水泵就加大冷卻液的流速來給電堆降溫。為了保證電堆產生的熱量能夠快速、有效的散發，水泵自身也要具備很高的“素質”，大流量、高揚程、絕緣及更高的EMC能力是必不可少的。此外，水泵還需要實時反饋當前的運行狀態或故障狀態。

水泵

中冷器

中冷器的作用是冷卻來自空壓機的壓縮空氣，它通過冷卻液和空氣的熱交換來降低壓縮空氣溫度，使進入電堆的空氣溫度在合理的范圍內，主要結構由芯體、主板、水室和氣室組成。中冷器的特點是熱交換量大，清潔度要求高及離子釋放率低。

中冷器

去離子器

氫燃料電池運行過程中，冷卻液的離子含量會增高，使其電導率增大，系統絕緣性降低，去離子器就是用來改善這種現象。通過吸收熱管理系統中零部件釋放的陰陽離子，去離子器降低了冷卻液的電導率，使系統處于較高的絕緣水平。

去離子器由殼體、濾網、樹脂及進出口管組成。它的要求是離子交換量大、吸收離子速率快，同時成本低。

去離子器

水暖PTC

在環境溫度較低的情況下，燃料電池面臨低溫挑戰。水暖PTC是給電堆在低溫冷啟動時給冷卻液輔助加熱的，使冷卻液盡快達到需求的溫度，縮短燃料電池系統冷啟動時間，就好比天氣較冷的時候，運動員正式比賽前，先要做好充分的“熱身運動”。水暖PTC由加熱芯體、控制板及殼體組成，其要求是響應快、功率穩定。

水暖PTC(PositiveTemperatureCoefficient)

節溫器

節溫器用來控制冷卻系統的大小循環。當冷卻液溫度較低時，為盡快達到系統所需的溫度，節溫器控制冷卻液的流向，使得冷卻液不經過外部散熱器及風扇，形成冷卻液的小循環流向。當冷卻液溫度不斷升高，超出系統所需求的合適溫度時，節溫器會慢慢打開，使部分冷卻液流過外部散熱器進行散熱，從而降低冷卻液溫度。當散熱需求很大時，節溫器將全部打開，所有冷卻液都通過外部散熱器，此時冷卻液的流向稱為大循環，其作用好比人身上穿的衣服，當覺得冷的時候需要多穿一些衣服保持溫度，當熱的時候需要脫掉一些衣服增加散熱。

節溫器由電機執行機構，閥體，進出口及殼體組成。燃料電池系統對節溫器的要求是響應速度快、內部泄露量低、帶位置反饋信息（電機節溫器）。

節溫器

散熱器

散熱器顧名思義就是用來散熱的，它將冷卻液的熱量傳遞給環境，降低冷卻液的溫度。如果類比于人體，其作用好似人身上的皮膚，通過和環境的溫差來進行散熱。散熱器本體需求的散熱量大、清潔度要求高、離子釋放率低，散熱器的風扇要求風量大、噪音低、無級調速并需要反饋相應的運行狀態。

散熱器

冷卻管路

冷卻管路作為氫燃料電池的“血管”，連接著各零部件，使冷卻液形成完整的循環。與所有零部件要求一樣，冷卻管路要求絕緣性及較高的清潔度。

冷卻管路

挑戰，挑戰算什么？

正如曾經的每一次變革都會受到技術上的阻礙，在汽車從傳統能源轉換到氫能源的路上也有著不小的挑戰。

氫燃料電池熱管理系統相比傳統燃油發動機而言，主要面臨兩個較大的挑戰：

一是零部件離子釋放的控制，在熱管理系統的零部件中，中冷和散熱器較容易釋放離子，導致冷卻液電導率升高，進一步影響到系統的絕緣。目前主要緩解該問題的方式是零部件增加清洗工藝，但按照當前的狀態，清洗往往需要很長時間，影響生產節拍，同時清洗的效果也有限，無法避免離子的長期釋放。未來探索新的生產工藝、更合理的系統設計都將有助于改善相關的問題。

二是散熱效率需要提高。一般而言，在相同的車輛運行條件下，氫燃料電池的散熱量比傳統燃油發動機大10%-20%左右，但燃料電池系統的運行溫度較低，與環境的溫差較小，這導致了燃料電池對散熱要求相比傳統車高了很多。除了增加散熱面積外，更優的散熱器設計，更合理的進氣格柵設計，更高的電堆效率都將有助于解決散熱困難的問題。

更好的熱管理系統有助于提高氫燃料電池系統的使用壽命，同時更合理的熱量綜合利用有利于系統的節能減排。相信隨著氫燃料電池行業的發展，相應的熱管理技術將面臨更多的機遇與挑戰，也將進入一個嶄新的發展階段。