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燃料电池商用车安全和热办理

电量变送器

时间:2023-01-23 12:19:57     来源:火狐体育在线娱乐


  燃料电池客车氢体系结构安全规划首要触及储氢瓶固定结构和氢体系结构两方面。储氢瓶固定结构强度应满意GB/T 26990-2011相关规定,即储氢瓶紧固后,应能接受上、下、前、后、左、右六个方向上8g的冲击力,保证储氢瓶与固定座不损坏,相对位移不超越13mm。假如管路与相邻部件触摸或穿越孔板,应选用橡胶套管进行维护,保证管路与相邻部件不发生磕碰和冲突。氢体系结构方面,应保证储氢瓶及其管路距车辆边际至少有100mm的安全间隔,不然应添加维护办法。

  依据储氢瓶在客车上的安置方位,氢体系可分为顶置式和底置式。一般来说,公交客车选用顶置式安置办法,公路客车选用底置式安置办法。顶置式氢体系储氢瓶在车顶一般呈横向或纵向放置,并用气瓶支架固定。顶置式氢体系应设置储氢瓶掩盖物或遮阳棚,避免储氢瓶直接露出在阳光下,导致储氢瓶老化。顶置式气瓶支架结构如图7-10所示。

  1)氢安全防护。氢体系管路设备方位及走向要避开热源以及电器、蓄电池等或许发生电弧的当地,至少应有200mm的间隔,尤其是管路接头不能坐落密闭的空间内;加氢口距露出的电气端子、电气开关和点火源至少应有200mm的间隔。高压管路及部件或许发生静电的当地要牢靠接地,或采纳其他操控氢走漏量及浓度的办法,保证在发生静电的当地,也不会发生安全问题。储氢瓶和管路般不该安置在乘员舱、行李舱或其他通风不良的当地;假如不可避免要设备在行李舱或其他通风不良的当地时,应规划通风管路或其他办法,将或许走漏的氢气及时扫除。

  2)氢走漏检测。整车存在氢气走漏的区域应设置氢气走漏探测器,能实时检测氢气的走漏量,并将信号传递给氢气走漏报警设备。整车能够依据氢气走漏量宣布正告或堵截氢气供给。

  氢体系高压安全规划包括以下三方面:氢体系及储氢瓶型式实验;储氢瓶、阀门、管路和管件密封功用及耐压强度安全;氢体系过压维护。

  氢体系装车前应进行各项型式实验,型式实验合格后方可装车,氢体系高压安全型式实验项目见表7-14。

  按GB/T 26990-2011中4.3.1条要求,氢体系氢气浸透和走漏量在稳态条件下应不超越0.15NL/min。储氢瓶、阀门、管路和管道规划压力应高于作业压力,与氢气触摸资料应具有杰出的抗氢脆功用,管路接口密封结构牢靠性应能满意氢体系运用工况要求,常用氢气管路接头密封结构分为卡套密封(图7-11)、O形圈密封(图7-12)和金属管道选用硬密封(图7-13)。

  氢体系过压维护首要经过设置安全附件及氢体系安全操控完成。氢体系安全附件包括瓶口TPRD(温度驱动安全泄压设备)、瓶尾TPRD、管路安全阀、压力传感器和温度传感器等;氢体系安全操控首要可在供氢管路超压时紧迫堵截供氢等。

  应依据储氢瓶的容积和作业压力来确认是否需求在瓶口或瓶尾设备TPRD。瓶口TPRD为易熔合金,经过瓶口组合阀直接连通到储氢瓶内部。当储氢瓶温度到达设定温度后,TPRD敞开,开释储氢瓶内氢气。

  瓶尾TPRD为易熔合金,部分厂家添加爆破片设备,当储氢瓶温度到达设定温度或储氢瓶压力到达设定压力后,TPRD敞开,开释储氢瓶内氢气。安全阀坐落氢体系低压管路上,对氢体系低压管路起超压维护效果。当减压阀下流低压管路到达安全阀敞开压力时,安全阀敞开,开释低压管路氧气,然后避免低压管路压力进一步升高。

  公路客车车载氢体系一般选用底置式安置办法。底置式氢体系安置于车辆底部,储氢瓶呈一层或多层安置,经过气瓶支架集成后固定于车架或直接悬挂于车架上。底置式氢体系舱室两边应设置防撞梁,对储氢瓶及管路附件进行防撞维护。底置式储氢瓶悬挂结构如图7-14所示。底置式储氢瓶客车储氢瓶舱室应与乘员舱有用阻隔,并经过烟雾实验进行检测。氢安全防护和氢走漏检测方面参照燃料电池公交客车安全规划。

  燃料电池公交客车归纳热办理首要包括:燃料电池本身热办理、动力电池本身热办理、整车冬天采温暖夏日制冷以及依据燃料电池余热运用的整车归纳热办理规划。

  燃料电池热办理体系结构原理如图7-15所示。热办理体系的首要功用是保持燃料电池在适宜的温度区间作业,方针是将燃料电池电堆的进出水口温度差操控得越小越好,一般要求操控在4~6°C,最大不超越10°C。

  水泵为整个冷却液的循环供给动力。依据燃料电池的特性,需求热办理体系的水泵有以下几个特色:高的扬程(单体电池越多,扬程要求越高)、高冷却液流量(30kW散热量≥75L/min)和功率可调。依据公式Q=mc△t,由温差△t和散热量Q计算出冷却液流量,然后依据冷却液流量标定水泵转速和功率。

  燃料电池水泵未来开展趋势:在满意几个目标的前提下,能耗继续下降,牢靠性继续上升。

  散热器包括散热器芯体和散热电扇。散热器芯体中心目标为单位散热面积。现在燃料电池散热器并无开发专用产品,与传统轿车散热器相同,为铝制管带式或翅片式散热器。

  散热器开展趋势:开宣布燃料电池专用散热器,在资料方面有所提高,要求能够提高内部清洁度和下降离子分出程度。

  散热电扇中心目标有风机功率和最大风量。现在散热电扇首要为低压电扇,SPAL产品为干流,504类型电扇最大风量为4300m2/h,额定功率约800W;506类型电扇最大风量为3700m3/h,额定功率约500W。因504电扇噪声较大,现在燃料电池车辆以选用506电扇为主。

  散热电扇开展趋势:散热电扇后续能够在电压渠道上改变,直接习惯燃料电池或动力电池的电压,不需经过DC/DC变换器,提高功率。

  在燃料电池热办理中首要用于操控巨细循环,当水温较低时,冷却液不经过散热器,由电堆出来后直接经节温器返回电堆,使电堆快速升温;当水温到达规划值时,敞开大循环,冷却液经过散热器返回电堆。

  节温器实质为个三通接头,分为电子节温器和机械节温器,因电子节温器本钱和牢靠性问题,现在以机械节温器为主。机械节温器内部为白腊芯体,熔化温度能够依据不同燃料电池电堆需求定制。

  节温器开展趋势:电子节温器是未来的趋势,能够依据需求随时操控大、小循环敞开量。

  PTC电加热首要用于冬天燃料电池低温发动进程。PTC电加热在燃料电池热办理体系中一般有两个方位,如图7-15所示,在小循环中和补水管路中,以小循环最常见。

  冬天低温时,从动力电池取电,加热小循环和补水管路中的冷却液,热的冷却液再加热电堆,直到电堆温度到达方针值、能够发动燃料电池,中止电加热。

  PTC电加热依据电压渠道分为低压和高压,低压首要为24V,需求经过DC/DC变换器把动力电池的高电压转化为24V。低压电加热功率首要受限于24V的DC/DC变换器,现在车辆高压转24V低压的DC/DC变换器最大只要6kW的规范。高压首要为450~700V,与动力电池电压匹配,加热功率能够比较大,首要取决于加热器的体积。

  现在国内的燃料电池体系低温发动首要经过外加热的办法,即经过PTC加热暖机;国外的丰田等公司,则不需经过外加热,可直接发动。

  燃料电池热办理体系用PTC电加热开展方向是小型化、高牢靠性、安全的高压PTC电加热。

  去离子纯化单元的中心部分为离子交换树脂等能够吸收阴阳离子的物质。重视的首要目标为价格、替换周期。需求留意的是,去离子纯化单元不能与燃料电池防冻液发生溶解等物理化学反响。市场上首要厂家有戴纳林、曼胡默尔等。

  现在冷却液电导率要求≤5μS/cm(不同燃料电池厂家要求会有不同),而去离子单元正常情况下规划的替换周期为:燃料电池运转每500h或整车行进每10000km(先到为准)。

  冷却液循环进程中需触摸双极板(金属)、冷却管路、散热器芯体等许多金属原料,长时间触摸不可避免地会导致冷却液中离子浓度和电导率越来越高;而燃料电池、DC/DC变换器和动力电池经过高压线完成电衔接,为高压电,冷却液电导率过高会导致整车绝缘值下降,存在安全危险。因而冷却液中需求去离子纯化单元来不断吸收冷却液中的离子,假如吸收到达饱满需求定时替换。

  现在国内干流燃料电池家只赞同运用去离子水(电导率≤5μS/cm)或巴斯夫燃料电池专用防冻液。

  燃料电池专用防冻液无色,能够在-36°C情况下运用,经过长时间运用验证,发现对燃料电池无明显影响。现在燃料电池专用防冻液价格较高,未来希望跟着参加的公司越来越多,价格能够下降。

  跟着制冷剂的开展,未来运用制冷剂直接给燃料电池散热也是一个重要的技能方向。

  燃料电池在作业进程中,会有很多的热发生,这些热量大部分经过冷却液循环散去,一小部分随尾气排出,造成了能量的糟蹋。因而运用燃料电池余热首要两方面考虑:冷却液余热和尾气余热。

  1)冷却液直接加热乘员舱。冷却液能够流经乘客舱中水暖散热器,完成冬天给乘客舱供暖。该办法规划简略,但对水暖散热器的洁净度要求高。

  2)冷却液经过板式换热器加热乘客舱。经过板式换热器将冷却液中热量传递给乘客舱中的水暖散热器,完成冬天供暖。该办法对水暖散热器的洁净度要求不高,但冷却管路规划相对杂乱。

  3)冷却液经过空调加热乘客舱。将散热器集成于车载空调内部,空调空气循环体系的风吹过散热器外表时将冷却液中的余热传递给乘客舱。

  上述几种办法运用燃料电池冷却液余热都有定的局限性,氢氧燃料电池反响温度低,多处于50~70°C,热质量较低,因而单纯依托燃料电池余热并不能满意整车取暖需求,还需求装备惯例的取暖设备,合作燃料电池余热共同为整车供暖。

  1)经过换热器运用尾气余热。燃料电池尾气热量经过尾气换热器,将置换的热量传递给水暖循环水路,再由水暖循环经过车厢内部的水暖散热器传递到乘客舱。该办法会影响燃料电池空气体系的出堆压力,对燃料电池功用的影响需求进一步评价。

  2)直接将尾气净化后通入乘客舱。燃料电池尾气中含有很多的水汽和少数氢气,经过气水别离设备除水、氢气吸收设备除氢后可直接将该部分尾气通入乘客舱。

  电池热办理首要功用包括:电池温度准确丈量和监控;电池温度过高时有用散热和冷却;电池温度过低时有用保温与加热;电池包内温度场均匀分布。

  电池热办理体系首要有三种方法:风冷,即电池与空气换热;液冷,即电池与冷却液换热;直冷,即电池与制冷剂换热。

  该方法首要经过翅片散热器来完成电池热量由内向外传递,然后完成有用散热和冷却。至于加热,则首要经过电池包外加热膜的办法完成。电池风冷原理如图7-16所示。

  该方法首要经过导热热管和水冷板完成,热管将电池热量由模组内导出传递给水冷板,水冷板再经过冷却器将电池热量交换给空调体系的蒸腾器。至于加热,相同经过电池包外加热膜的办法完成。电池液冷原理如图7-17所示。

  电池内设置水冷板,水冷板作为蒸腾器,内部流转制冷剂,制冷剂蒸腾吸热带走电池内部的热量,然后完成热办理。直冷是未来的开展趋势,电池直冷原理如图7-18所示。

  现在燃料电池商用车采暖有多种办法:热泵空调,运用热泵原理制热,当温度过低、热泵效应受限时,经过电加热PTC制热;水暖散热器,热水流过散热器,经过电扇将热水的热量吹入乘员舱,热水首要经过PTC电加热取得;电加热散热器,电加热丝加热空气,电扇将热空气吹入乘客舱,该办法吹出热风温度高、湿度低。

  未来的空调会包括更多功用,满意节能、牢靠、舒适、智能的要求,空气净化技能将是未来的规范装备。

  物流车燃料电池本身热办理,首要规划原则与公交客车致;动力电池热办理方法与公路客车共同。

  物流车驾驶室取暖可运用燃料电池冷却液余热,参照燃油物流车,将燃料电池冷却液通入空调体系风道内散热器,将热量经过空调体系传递到驾驶室。物流车制冷可参阅纯电动物流车,运用电空调制冷。

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