La gestion thermique complète d'un bus à pile à combustible comprend principalement : la gestion thermique de la pile à combustible, la gestion thermique de la pile de puissance, le chauffage en hiver et le refroidissement en été, ainsi que la conception globale de la gestion thermique du bus basée sur l'utilisation de la chaleur résiduelle de la pile à combustible.
Les principaux composants d'un système de gestion thermique de pile à combustible sont : 1) Pompe à eau : assure la circulation du fluide de refroidissement. 2) Dissipateur thermique (noyau + ventilateur) : réduit la température du fluide de refroidissement et dissipe la chaleur résiduelle de la pile. 3) Thermostat : contrôle le débit du fluide de refroidissement. 4) Résistance chauffante électrique PTC : préchauffe la pile à combustible en chauffant le fluide de refroidissement à basse température. 5) Unité de déionisation : absorbe les ions présents dans le fluide de refroidissement afin de réduire sa conductivité électrique. 6) Liquide de refroidissement pour pile à combustible : assure le refroidissement.
Compte tenu des caractéristiques de la pile à combustible, la pompe à eau du système de gestion thermique présente les caractéristiques suivantes : une hauteur manométrique élevée (plus le nombre de cellules est important, plus la hauteur manométrique requise est élevée), un débit de liquide de refroidissement élevé (dissipation thermique de 30 kW ≥ 75 L/min) et une puissance réglable. La vitesse et la puissance de la pompe sont ensuite calibrées en fonction du débit de liquide de refroidissement.
Évolution future des pompes à eau électroniques : sous réserve du respect de plusieurs critères, la consommation d’énergie sera continuellement réduite et la fiabilité continuellement accrue.
Le dissipateur thermique se compose d'un noyau et d'un ventilateur de refroidissement, et le noyau du dissipateur thermique correspond à la surface du dissipateur thermique unitaire.
Tendances d'évolution des radiateurs : développement d'un radiateur spécial pour piles à combustible, en termes d'amélioration des matériaux, nécessaire pour améliorer la propreté interne et réduire le degré de précipitation des ions.
Les principaux indicateurs d'un ventilateur de refroidissement sont sa puissance et son débit d'air maximal. Le modèle 504 offre un débit d'air maximal de 4 300 m³/h et une puissance nominale de 800 W ; le modèle 506, quant à lui, offre un débit d'air maximal de 3 700 m³/h et une puissance nominale de 500 W.
Tendance en matière de ventilateurs de refroidissement : les ventilateurs de refroidissement peuvent ensuite être adaptés à différentes tensions, s’adaptant directement à la tension de la pile à combustible ou de la pile de puissance, sans convertisseur CC/CC, afin d’améliorer l’efficacité.
Le chauffage électrique PTC est principalement utilisé dans le processus de démarrage à basse température de la pile à combustible en hiver. Le chauffage électrique PTC occupe deux positions dans le système de gestion thermique de la pile à combustible : dans le petit cycle et dans la ligne d'eau d'appoint ; le petit cycle est le plus courant.
En hiver, lorsque les températures sont basses, l'énergie est prélevée sur la pile à combustible pour chauffer le fluide de refroidissement dans le petit cycle et la conduite d'eau d'appoint, et le fluide de refroidissement chaud chauffe ensuite le réacteur jusqu'à ce que la température du réacteur atteigne la valeur cible, et la pile à combustible peut être démarrée et le chauffage électrique est arrêté.
Le chauffage électrique PTC se divise en deux catégories selon la tension de fonctionnement : basse tension (24 V) et haute tension (conversion par convertisseur DC/DC). La puissance de chauffage en basse tension est principalement limitée par la capacité de ce convertisseur ; actuellement, la puissance maximale admissible pour convertir une tension élevée en basse tension (24 V) est de 6 kW. En haute tension (450-700 V), la puissance de chauffage peut être relativement élevée, principalement en fonction du volume de l’élément chauffant.
À l'heure actuelle, le système de pile à combustible domestique est principalement démarré par chauffage externe, c'est-à-dire par préchauffage au moyen d'un système PTC ; les entreprises étrangères telles que Toyota peuvent démarrer directement sans chauffage externe.
L'orientation du développement du chauffage électrique PTC pour le système de gestion thermique des piles à combustible est la miniaturisation, la haute fiabilité et la sécurité du chauffage électrique PTC haute tension.
Date de publication : 28 mars 2023
