氢燃料电池汽车水、热管理_电动汽车技术PPT
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2014 燃料电池 镍氢电池1.6KWh
114
-30℃ 70MPa(2)
3.1
180
650
本田 clarity
2016 燃料电池 锂离子电池1.3KWh
103
-30℃ 70MPa(2)
3.1
170
750
现代 NEXO
2018 燃料电池 锂离子电池1.56KWh
95
-30℃，40s 70MPa(3)
3.11
Development of Compact and High-Performance Fuel Cell Stack.SAE 2015-01-1175
8/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
车型
时间 动力总成方案 燃料电池功率KW
冷启动 储氢 电堆功率密度kW/L 最高车速km/h 续驶里程km
丰田 Mirai
11/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
丰田Mirai热管理对标测试
12/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
现代NEXO
2019.06-10
整车性能对标测试 及关键技术解析
燃料电池系统性能对标测
2019.10-11 试及关键技术解析
2020.01-04 整车拆解
2020.03-05 电堆性能对标
160
754
9/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
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
Downsizing Technology for FC Cooling System Installation under Front Hood.Honda R&D Technical Review,April 2019.
电池 发热 特性
功率电 子发热 特性
热分布及传递仿 真分析及试验研
究
热管理系统集成 仿真平台
热管理系统控制 策略制定
热管理系统零 部件选型匹配
系统集成及性 能试验验证
控制策略试验 标定
样车试验验证
7/17
氢燃料电池汽车水、热管理技术
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
Battery
H2
Battery
14/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
现代NEXO
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。
10/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
丰田Mirai
Development of Compact and High-Performance Fuel Cell Stack.SAE 2015-01-1175 Development of the Fuel Cell System in the Mirai FCV. SAE 2016-01-1185
水量的监控
效冷却
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。
反应气体进 排气压降、 高频阻抗、 电化学阻抗
外部换热器
低温停车吹 扫、冷启动 时减少空气 计量比，增 加废热、外 部加热
增加去离子 器、零部件 管路材料选 择
外部加湿、 自加湿、电 堆内部结构 优化
4/17
氢燃料电池汽车水、热管理技术
参与对标请联系曲辅凡17694843368
13/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
现代NEXO
爬坡和加速工况
GDU Motor
匀速行驶工况
GDU Motor
减速工况
GDU Motor
FC-Stack
Inverter
FC-Stack
Inverter
FC-Stack
Inverter
H2
Battery
H2
燃料电池汽车热管理相关核心部件
5/17
氢燃料电池汽车水、热管理技术
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
天津/常州
软件资源
防爆仓可做氢燃 料电池车试验
Simcenter Amesim
16/17
• 膜失水后催化层界面的活性也会下降
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
氢燃料电池汽车水、热管理概述
电堆温度、含 温度过高时有 低温冷启动
氢燃料电池汽车水、热管理技术
AUTOMOTIVE ENGINEERING RESEARCHINSTITUTE
开放
变革
创新
wenku.baidu.com
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
氢燃料电池汽车水、热管理概述
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。
• 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 度，造成反应界面的反应气体不足
干燥 水淹
• 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。
114
-30℃ 70MPa(2)
3.1
180
650
本田 clarity
2016 燃料电池 锂离子电池1.3KWh
103
-30℃ 70MPa(2)
3.1
170
750
现代 NEXO
2018 燃料电池 锂离子电池1.56KWh
95
-30℃，40s 70MPa(3)
3.11
Development of Compact and High-Performance Fuel Cell Stack.SAE 2015-01-1175
8/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
车型
时间 动力总成方案 燃料电池功率KW
冷启动 储氢 电堆功率密度kW/L 最高车速km/h 续驶里程km
丰田 Mirai
11/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
丰田Mirai热管理对标测试
12/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
现代NEXO
2019.06-10
整车性能对标测试 及关键技术解析
燃料电池系统性能对标测
2019.10-11 试及关键技术解析
2020.01-04 整车拆解
2020.03-05 电堆性能对标
160
754
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燃料电池汽车水、热管理主要构型
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
Downsizing Technology for FC Cooling System Installation under Front Hood.Honda R&D Technical Review,April 2019.
电池 发热 特性
功率电 子发热 特性
热分布及传递仿 真分析及试验研
究
热管理系统集成 仿真平台
热管理系统控制 策略制定
热管理系统零 部件选型匹配
系统集成及性 能试验验证
控制策略试验 标定
样车试验验证
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氢燃料电池汽车水、热管理技术
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
Battery
H2
Battery
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燃料电池汽车水、热管理主要构型
现代NEXO
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。
10/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
丰田Mirai
Development of Compact and High-Performance Fuel Cell Stack.SAE 2015-01-1175 Development of the Fuel Cell System in the Mirai FCV. SAE 2016-01-1185
水量的监控
效冷却
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。
反应气体进 排气压降、 高频阻抗、 电化学阻抗
外部换热器
低温停车吹 扫、冷启动 时减少空气 计量比，增 加废热、外 部加热
增加去离子 器、零部件 管路材料选 择
外部加湿、 自加湿、电 堆内部结构 优化
4/17
氢燃料电池汽车水、热管理技术
参与对标请联系曲辅凡17694843368
13/17
燃料电池汽车水、热管理主要构型
现代NEXO
爬坡和加速工况
GDU Motor
匀速行驶工况
GDU Motor
减速工况
GDU Motor
FC-Stack
Inverter
FC-Stack
Inverter
FC-Stack
Inverter
H2
Battery
H2
燃料电池汽车热管理相关核心部件
5/17
氢燃料电池汽车水、热管理技术
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
天津/常州
软件资源
防爆仓可做氢燃 料电池车试验
Simcenter Amesim
16/17
• 膜失水后催化层界面的活性也会下降
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
氢燃料电池汽车水、热管理概述
电堆温度、含 温度过高时有 低温冷启动
氢燃料电池汽车水、热管理技术
AUTOMOTIVE ENGINEERING RESEARCHINSTITUTE
开放
变革
创新
wenku.baidu.com
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
氢燃料电池汽车水、热管理概述
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。
• 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 度，造成反应界面的反应气体不足
干燥 水淹
• 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。