中國儲能網訊：近年來，“大功率”成為國內燃料電池發(fā)展的關鍵詞之一，功率躍升帶來的散熱問題引發(fā)行業(yè)關注。當前國內燃料電池企業(yè)的大功率產品進展如何？行業(yè)初期發(fā)展大功率是否過于激進？怎樣解決隨之而來的散熱問題？
奔赴大功率背后，散熱問題為什么亟待解決
相較傳統(tǒng)發(fā)動機，燃料電池發(fā)動機的熱效率更高，多在45%～60%范圍內，燃料電池的散熱量比傳統(tǒng)發(fā)動機大10%-20%左右。而在散熱問題上，燃料電池發(fā)動機的需求卻遠高于傳統(tǒng)發(fā)動機。
相關數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)的發(fā)動機散熱，15%是通過發(fā)動機機體散出，40%通過排氣管以尾氣的形式排放，只有8%的熱量是通過散熱器散出。
而燃料電池發(fā)動機在散熱方面主要依靠散熱器，理論情況下，燃料電池系統(tǒng)的熱效率和散熱器的熱量在41%左右，有18%的熱量需要通過散熱器來散出；但在惡劣的工況下，燃料電池系統(tǒng)的熱效率約為35%，此時僅有3%的熱量是通過尾氣排出，其余62%的熱量需要通過散熱器來散發(fā)。
且燃料電池的工作溫度相對較低，散熱器中冷卻液與環(huán)境的溫差比傳統(tǒng)汽車小，給熱管理帶來了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。
在實際應用中，為解決散熱問題，燃料電池電堆、系統(tǒng)，以及整車環(huán)節(jié)在產品研發(fā)及設計方面都需要做出相應處理，如在熱源端，電堆的設計效率、流場分布，系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)設計；在應用端，整車的散熱器布局等。
因此，散熱問題的解決需要燃料電池產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)共同努力，否則將直接影響燃料電池應用工作的穩(wěn)定性和壽命，進而影響整個行業(yè)的健康安全發(fā)展。
從電堆到系統(tǒng)再到整車共同解決散熱難題
去年至今，新研氫能、愛德曼、高成綠能等多家公司透露了超過200kW電堆產品的動態(tài)。近期，上海氫晨和氫璞創(chuàng)能還明確提出：將在今年年底前推出300kW燃料電池單堆產品。國產電堆向大功率邁進的速度令人驚嘆。
“就像幾年前大家無法理解50kW、70kW的電堆一樣，現(xiàn)在電堆發(fā)展到200kW、300kW看似激進，其實是市場需求下的產物，電堆企業(yè)的研發(fā)和生產遵循客戶的需求，也愿意以開放的心態(tài)迎接市場的檢驗?！蹦畴姸哑髽I(yè)負責人表示。
但大功率電堆的散熱問題該如何解？電堆設計要選取合適的材料體系，解決溫差問題，而這對膜電極的性能、密封材料的穩(wěn)定性提出了更高的要求；要通過公共通道和流場設計高效地實現(xiàn)對散熱問題的解決和管控，如從單流道設計轉為采用多流道散熱的方式調節(jié)溫差等。
燃料電池系統(tǒng)方面，清能股份、上燃動力、濰柴動力均已公開發(fā)布200kW以上產品；氫藍時代、航天氫能也已表示會在2022年推出200kW以上的大功率系統(tǒng)。
“基于長途和重載的應用，大功率成為一個必然的技術路線趨勢。比如49噸的牽引車如果真的跑干線的物流，哪怕不考慮超載的情況，200kW實際上只是起步。此外，除了交通領域，大功率燃料電池在船舶、儲能等領域也有市場潛力，可有效拓寬氫能的應用邊界。市場潛力驅動燃料電池企業(yè)追求大功率技術突破。”一位業(yè)內人士分析。
針對大功率燃料電池系統(tǒng)散熱問題，一家知名系統(tǒng)企業(yè)負責人建議：“系統(tǒng)的設計架構需要有所變化，在電堆的工作溫度偏低時，可以將輔助水路和主水路的一體化集成處理，但如果把工作溫度進一步提高，就必須把輔助水路和主水路分開，這是必然趨勢。”
三一電動副總經理魏長河則針對匹配大功率所帶來的整車散熱問題給出建議：“可以通過選擇散熱性能更好的零部件，另外就是可以通過空氣動力學改進迎風面積的設計，像重卡等重載型車輛，可以利用車輛后端的空間等途徑助力解決散熱問題?！?
不過，由于車的配置空間始終有限，車用領域熱管理的最大壓力最終還是回歸到電堆和系統(tǒng)上，上游端是解決散熱問題的關鍵。
整體看來，大功率燃料電池是終端應用需求下的產物，但當前以散熱為代表的難題仍有待解決，需要被理性嚴謹看待，需要產業(yè)鏈企業(yè)協(xié)同解決。在追求更大功率的背后，效率、穩(wěn)定性等問題需要堅守，以保證行業(yè)的穩(wěn)健長久發(fā)展。
