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刘榛:燃料电池电堆冷却介质的设计与应用
中国汽车报网 ·   ·  2020-09-17

  9月14-16日,由中国汽车工程学会与国际氢能燃料电池协会(筹)共同主办的第五届国际氢能与燃料电池汽车大会(FCVC)于上海汽车会展中心召开。江苏龙蟠科技股份有限公司资深研发工程师刘榛发表主题演讲,以下为文字实录:

  各位嘉宾,各位朋友,大家上午好!

  我今天汇报的内容主要分成两个部分,一是我们在燃料电池冷却介质方面的一些工作近况,二是介绍一下我们龙蟠科技在氢能的一个情况。

  首先介绍第一部分,这个工作原理我想大家比我了解的更多,燃料电池简单来说就是一个化学的发电装置,它是把化学能转化成电能这个装置。在这个过程当中,它的能量转化效率是比较高的,可能达到40%到60%。而另外一部分可能就是以热的形式来排放到电池体系里面。那么,与燃油汽车相比,在热能的排放上面,燃料电池一般情况下因为氢气的能量密度可能更高一点,产生的热量相较燃油汽车高出10%到20%。

  在这个过程当中,因为燃料电池可能对热比较敏感,这就需要一个冷却装置在其中。在正常的燃料电池电堆冷却系统的设置究竟有哪些要求呢?这主要体现在三个方面,第一,是工作温度,正常的工作范围在70到80摄氏度。第二,一个电堆的温度过高会加速质子交换膜和催化剂的衰减。第三,与传统汽车相比,对环境的这个温差有比较高的要求。

  作为热管理设计必须要考虑三个方面,一个是温度的控制范围,此外就是匀化的温度水平和控制温度极限。目前主要是空气冷却和液体冷却方式实现,而从目前的研发进展来说,液冷的比功率可以达到2千瓦每千克,是空气冷却的4到8倍,现在液冷也是我们电堆冷却主要的解决方案。

  现在展示的是液体冷却系统的一个工作原理图,在这个过程当中,可能一方面的基本要求是散热问题,由于冷却液在外部系统会经过散热器,包括硅胶管等等这些流道,经过这些材料就需要对这些冷却液提出了比较高的要求,这主要体现在对材料的防腐性方面。

  另外,从材料来说,在冷却液经过双极板,它对于冷却液的这个绝缘性也是提出了比较高的要求。目前行业内对冷却液的电导率一般要求在2微西门子每厘米。另外一个关键的环节就是对于冷却系统的腐蚀性有一个比较高的要求,我们对这个抗腐可以通过添加一些抑制剂解决,也就是通过吸附作用减少这个系统的离子浓度,从而控制冷却液的电导率。此外,还可以通过在体系中添加一些缓蚀剂,改善这个管路,保护这个管壁的耐腐蚀,或者说溶解等等。

  这是我们根据目前的市场大概对这个冷却系统的要求,主要体现在电导率、PH值等等。与传统常规的冷却液相比,燃料电池专用的冷却液对这些方面的要求更高。目前,我们采用过滤技术,包括在体系中根据他们的工作原理添加了一些抗腐蚀的添加剂,来改善防冻液的防腐性能和散热性。技术特点主要体现在无电荷的一个腐蚀抑制剂上。另外,就是材料的可再生,这与离子系统是可以同时使用的。

  目前龙蟠的冷却液产品,一个是通过独创性的高分子抑制剂,另外一个就是利用防腐系统,延长了催化剂的一个使用寿命。目前我们冷却液也在江淮和中通经过了一些使用,包括冷却的等等,我们现在也有一些相关的合作。

  第二个就是简单介绍一下我们公司,我们公司成立于2003年, 17年在上海主板上市,目前有7大主公司。我们近几年也间接参股控股了一些公司,目前大概有11家相关的公司。我们主营业务在润滑油这一块。此外,就是在冷却液和车用养护品这些方面,我们冷却液实际上有一个很长的研发历史,从03年我们就推出了冷却液,18年我们研究出了燃料电池专用冷却液。

  图中是我们的一个实验平台,有相关全面的系统检测仪器,我们也通过了相关认证,这是我们冷却液的车间一角,包括有自动化的判断系统和检测预测等等,这是我们冷却液目前的应用场景,在商用车包括新能源汽车上面都有相关的利用,包括一些辅助产品。我们冷却液通过STM认证和欧盟的REACIH认证,现已配套合作了一些厂家,有上汽、吉利等等。

  我们龙蟠实际上在氢能的布局已经有一段时间了,去年我们入股明天氢能,主要的部署方向一级产品有催化剂、双极板,包括后续的研究主要战略方向,在二级配套的话有冷却液,包括燃料电池的关键器件等等。

  目前做的主要工作是我们在电堆系统里面主要做催化剂的研究开发,我们与大连化工所建立了相关的联合实验室。此外,我们也在跟国内高校共同合作,主要是在储氢瓶这一块。另外我们还有冷却液和去离子器等等。

  我的汇报就是这些,谢谢大家!

  整理:李沛洋

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