隨著我國經濟的發展，環境問題日益突出，而傳統汽車作為一個重要的汙染源，如何對汽車的排放進行控制已經成為一個廣泛而重要的課題；同時全球石油資源的枯竭也迫使人們去尋找一種替代燃料以緩解能源危機，氫燃料電池汽車便應運而生了。氫燃料電池汽車因為其自身特性的原因，在散熱上同傳統內燃機汽車相比面臨著更嚴峻的問題，散熱器的散熱可以考慮透過加大風扇的功率、增加散熱器的面積以及改變散熱器的佈置位置來實現。
前言
氫燃料電池工作方式與蓄電池等常規化學電源不同，它的燃料及氧化劑儲存在電池外，當電池工作時，連續向電池內送入燃料及氧化劑，產生電能。因而燃料電池是一種發電裝置而非電能的儲存裝置。另外，它還具有燃料多樣化、排氣乾淨、噪聲低、對環境汙染小、可靠性高及維修性好等優點。
1 冷卻系統原理
單獨的燃料電池堆是不能發電並應用於汽車的，它必須和燃料供給與迴圈系統、氧化劑供給系統、水/熱管理系統和一個能使上述各系統協調工作的控制系統組成燃料電池發電系統，才能對外輸出功率。目前最成熟的技術還是以純氫為燃料，而且系統結構相對簡單，僅由氫源、穩壓閥和迴圈迴路組成。
氫燃料電池汽車的散熱卻是一大難點，主要原因如下：（1）由於電池的不可逆性而產生的化學反應熱。（2）由於歐姆極化而產生的焦耳熱。（3）加溼氣體帶入的熱量。（4）吸收環境輻射熱量。
其中，由於電池的不可逆性產生的廢熱佔到轉化的化學能的50%甚至更多。電池排出的尾氣、電池堆的輻射和迴圈水可以從電池堆中帶走熱量。由於排氣溫度只能在70℃左右，因此透過排氣的散熱遠遠不能同傳統內燃機在幾百度的排氣溫度下所能達到的效果相比，實際計算表明燃料電池的排氣散熱只佔總散熱量的3%～5%左右。對於輻射散熱，不管是燃料電池發動機還是內燃機，只佔很小一部分，而對於燃料電池發動機而言，輻射散熱大約佔1%左右。因此，大約有95%的熱量需要透過冷卻水來帶走，而對於發動機而言這個數值只有50%左右，由此可見燃料電池發動機的散熱量相對較高。另外，燃料電池發動機的冷卻水是工作在環境溫度和電池的工作溫度之間，這個溫差明顯要小於內燃機冷卻水工作的溫差，相差大約30℃，可見燃料電池散熱器的散熱更為艱難。
為了滿足不同散熱部件的散熱要求，燃料電池汽車通常有不止一個的冷卻系統，每個冷卻系統相互獨立。氫燃料電池冷卻系統（主要給氫燃料電池和中冷器冷卻）、PCU冷卻系統（主要給PCU、驅動電機和空壓機冷卻）、動力電池冷卻系統（主要給動力電池冷卻），冷卻系統原理如圖1所示。
圖 1 冷卻系統原理圖
2 氫燃料電池汽車的散熱解決方案
燃料電池汽車的散熱解決方案散熱器的散熱同其散熱面積、風速、進出口水溫差、空氣側與水側的溫差成正比，在進出口溫差不變的情況下，若要使散熱量增大則需要透過下面的途徑來達到。
（1）增大進氣風速。在其他外在條件不變的情況下，想要增大風速就需要增大風扇的功率，同時為了佈置方便，改進功率後風扇的體積不能太大。根據設計計算和試驗研究，選用一臺800W的風扇，較好地解決了散熱問題，但這樣帶來的問題是附屬設施功耗的增加。
（2）增大散熱面積。為了增大散熱面積，需要更大的散熱器，這同樣帶來了一個散熱器的佈置問題。汽車的前艙空間比較緊湊，增大散熱器面積在汽車前艙的佈置中將會非常困難。
某型燃料電池汽車採用了散熱器分開佈置的方式，如圖2所示。它採用兩個散熱器依次佈置在進氣隔柵後面；同時考慮到若將冷凝器佈置在散熱器後面將遇到空間不足的問題，空氣在經過散熱器後已經有很大的溫升，此時作為冷凝器的進氣已經不太適合，所以將冷凝器佈置在側面。
採用分塊佈置的方式可以有效解決單塊大散熱器不易佈置的問題，但是同樣也面臨著佈置這些散熱器所面臨的空間不足以及進氣口處理的問題，這需要在車身的形狀上進行相關改動以進行配合。
圖 2 某型散熱器總成佈置示意圖
（3）改變散熱器的位置。若將冷凝器置於散熱器之前，空氣在經過冷凝器之後將會產生一定的溫升，這樣將使進入散熱器的空氣溫度同冷卻水溫度之間的差距進一步縮小，導致了換熱更加困難。
除了上述方案也可以採用如圖3的佈置方式，將冷凝器置於散熱器之後，優先考慮到電池堆的散熱，採用兩個冷凝器散熱的方式，這樣將有效地降低散熱器氣側的溫度，有利於電池堆的散熱，同時兩個冷凝器也能夠滿足空調換熱的需要。
圖 3 另一型散熱器總成佈置示意圖
3 結語
氫燃料電池汽車以其眾多優點代表了未來汽車的發展方向，但仍然面臨著諸多困難，其工作特性決定了燃料電池發動機的散熱要比傳統內燃機汽車更為困難。為了解決這個問題，我們可以考慮下面3個方案：大功率的風扇；增大散熱面積；散熱器位置的改變。相信隨著對燃料電池工作溫度範圍窄等缺點。使用超級電容作為輔助動力源可以緩解加速、爬坡時對動力電池的大電流衝擊，並能及時回收制動時的能量，可以大電流充放電，且迴圈壽命長，因此超級電容將成為以後燃料電池動力系統的一種方案。
作者：佟向旭，王 成
長城汽車股份有限公司哈弗技術中心
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