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解析燃料电池系统-30℃低温运行的奥秘

传统发动机在低温面前如临大敌,燃料电池发动机亦然。氢氧燃料电池反应生成的水,成为了燃料电池发动机低温运行的最大杀手。燃料电池发动机的心脏——燃料电池电堆——与人的心脏相仿也被水充分浸润着,由于低温凝结而成的成核冰晶会毫不留情的刺穿细胞膜,同样也会破坏燃料电池的膜电极(MEA)结构,造成不可逆的结构损伤,但是又不能没有水,水是氢氧质子交换膜燃料电池的载流子,近似人类的血液,没有水的参与,电发不出来,动力就无从谈起。不能多也不能少,燃料电池发动机低温运行对于水状态的要求近乎苛刻,可以说,低温运行是一门水热管理的艺术。

这里定义一下低温运行性能,低温运行性能是指发动机在低温环境中持续输出电功的能力,运行过程包括:冷/热机启动、动力输出、停机。对于用户来讲,发动机低温运行能力最直观的感受应该“启动快不快”、“动力好不好”、“停机久不久”三方面。接下来我们一次来看看燃料电池在这几个关键环节的表现如何。

1、启 动

低温冷启动是低温运行性能最关键的指标,没有之一。启动不成,何谈运行。冷启动过程是指发动机从冷态运行至正常工作温度的过程,低温冷启动由于温度低于0℃,具有一定的特殊性。如之前所属,燃料电池本身要求有水才能启动且水本身不能结冰、启动过程生成的水又不能结冰,这两个方面成为能否成功启动的技术关键。

先说第一个——燃料电池本身要有水。严寒的附属品是干燥,人的皮肤要保湿,燃料电池的质子交换膜也要保湿且湿度还要刚刚好。因为随着温度的降低,质子交换膜的饱和水含量会下降,结合态的水会不断析出,游离水会迅速结晶并对附在外面的催化层造成损害。必须完美的控制启动前水,才能让启动过程的质子有水可依。捷氢科技推出的新一代燃料电池系统通过质子交换膜中水含量状态的在线智能检测与控制完美地解决了这个问题。系统通过水含量的实时检测以及精确标定的吹扫策略对电堆中的水进行管理,使每次电堆启动前都能有最佳的水状态,可谓“锁水保湿、不油不腻”。

再讲第二个“生成水不结冰”。众所周知,氢氧反应生成水。启动过程中氢氧反应生成的水如果不及时排出,就有结冰的可能。这就需要为启动过程定制一款特殊的控制策略。捷氢科技推出的新一代燃料电池系统巧妙利用燃料电池反应热,并匹配有效的动态操作条件,使产生的水既不结冰,又能快速排出电堆,真正施展一套水热管理的艺术。

解析燃料电池系统-30℃低温运行的奥秘

2、动 力 输 出

“是骡子是马,拉出来遛一遛”,启动成功了就要看动力性怎么样了。动力性指发动机动力输出特性,包括额定/峰值功率及动态响应速率两个指标。

像人一样,猛地起床之后要“缓一缓”,低温冷启动过程对于燃料电池来讲是一个特殊过程,猛然间进入正常模式也需要缓一缓。一方面让发动机工作区域冷热均匀,另一方面要让电池内部的水状态恢复正常。认真听讲的同学应该立刻反应过来,冷启动过程为了防止结冰,将大量的水排除了电堆。但启动完成后电堆如果要进行大功率(电流)输出,就需要更多的水作为载流子,所以此时需要让电堆快速湿润起来,才能实现快速、高功率的拉载,充分体现动力性。

捷氢科技的新一代燃料电池系统PROME P390通过快速热机策略,能够让电堆快速进入正常状态,实现高速加减功率和峰值功率输出,充分展现发动机优良的动力性能,让用户不只听到“油门的轰鸣”,也感受到“速度的悦动”。

解析燃料电池系统-30℃低温运行的奥秘

3、停 机

“兵马未动,粮草先行”,对用户来讲,停机只是“熄个火”,但是对于燃料电池发动来讲,停机是为下一次成功启动的准备。停机预示着燃料电池又将回到低温冷态,其内部的水热状态又将发生巨变,回到启动前的样子。如何快速、高效地除去电堆中残留的水,成为这个环节的技术难点。

捷氢科技的新一代燃料电池系统通过高效的检测手段,采用智能关机处理控制策略,能够结合温度状态快速应变,将电堆中的气、液两态水都快速吹扫出电堆,实现快速、有效的燃料电池发动机高效停机过程。让燃料电池在寒冷之下“安心入睡、不会着凉”。

除此之外,燃料电池电池发动机低温运行技术还有很多细节方面的关键点,例如低温密封性、低温材料强度、冷热交变等,此次就不再细谈。在以上技术的加持下,捷氢科技的燃料电池系统能够实现最低-30℃ 、30s内快速冷机启动,高速升、降载,92kW的强劲峰值动力输出。

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