تشمل الإدارة الحرارية الشاملة لحافلة خلايا الوقود بشكل أساسي ما يلي: الإدارة الحرارية لخلايا الوقود، والإدارة الحرارية لخلايا الطاقة، والتدفئة الشتوية والتبريد الصيفي، والتصميم الشامل للإدارة الحرارية للحافلة بناءً على استخدام الحرارة المهدرة من خلايا الوقود.
تشمل المكونات الأساسية لنظام إدارة الحرارة في خلية الوقود ما يلي: 1) مضخة الماء: تُشغّل دوران سائل التبريد. 2) مشتت الحرارة (القلب + المروحة): يُخفّض درجة حرارة سائل التبريد ويُبدّد الحرارة الزائدة من خلية الوقود. 3) منظم الحرارة: يتحكم في كمية سائل التبريد المُدوّر. 4) التسخين الكهربائي PTC: يُسخّن سائل التبريد في درجات حرارة منخفضة لتسخين خلية الوقود مسبقًا. 5) وحدة إزالة الأيونات: تمتص الأيونات من سائل التبريد لتقليل التوصيل الكهربائي. 6) مانع التجمد لخلية الوقود: وسيط التبريد.
استنادًا إلى خصائص خلية الوقود، تتميز مضخة الماء لنظام إدارة الحرارة بالخصائص التالية: ضغط عالٍ (كلما زاد عدد الخلايا، زاد الضغط المطلوب)، وتدفق عالٍ لسائل التبريد (تبديد حرارة 30 كيلوواط ≥ 75 لتر/دقيقة)، وقدرة قابلة للتعديل. ثم تُعاير سرعة المضخة وقدرتها وفقًا لتدفق سائل التبريد.
الاتجاه المستقبلي لتطوير مضخات المياه الإلكترونية: في ظل استيفاء عدة مؤشرات، سيتم تقليل استهلاك الطاقة بشكل مستمر وسيتم زيادة الموثوقية بشكل مستمر.
يتكون المشتت الحراري من قلب المشتت الحراري ومروحة التبريد، وقلب المشتت الحراري هو وحدة مساحة المشتت الحراري.
الاتجاه التطويري للمبرد: تطوير مبرد خاص لخلايا الوقود، من حيث تحسين المواد، وهو أمر مطلوب لتعزيز النظافة الداخلية وتقليل درجة ترسب الأيونات.
تُعدّ قدرة المروحة وحجم الهواء الأقصى من أهمّ مؤشرات أداء مروحة التبريد. تتميّز مروحة الطراز 504 بحجم هواء أقصى يبلغ 4300 متر مكعب/ساعة وقدرة اسمية 800 واط، بينما تتميّز مروحة الطراز 506 بحجم هواء أقصى يبلغ 3700 متر مكعب/ساعة وقدرة اسمية 500 واط.
اتجاه تطوير مروحة التبريد: يمكن لمروحة التبريد أن تتغير لاحقًا في منصة الجهد، وتتكيف مباشرة مع جهد خلية الوقود أو خلية الطاقة، دون الحاجة إلى محول DC/DC، لتحسين الكفاءة.
يستخدم التسخين الكهربائي PTC بشكل أساسي في عملية بدء تشغيل خلية الوقود في درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء، ويشغل التسخين الكهربائي PTC موقعين في نظام إدارة الحرارة لخلية الوقود، في الدورة الصغيرة وفي خط مياه التغذية، وتُعد الدورة الصغيرة هي الأكثر شيوعًا.
في فصل الشتاء، عندما تكون درجة الحرارة منخفضة، يتم أخذ الطاقة من خلية الطاقة لتسخين سائل التبريد في الدورة الصغيرة وخط أنابيب مياه التغذية، ثم يقوم سائل التبريد الساخن بتسخين المفاعل حتى تصل درجة حرارة المفاعل إلى القيمة المستهدفة، ويمكن بدء تشغيل خلية الوقود وإيقاف التسخين الكهربائي.
يُقسم التسخين الكهربائي بتقنية PTC إلى نوعين: منخفض الجهد وعالي الجهد، وذلك حسب منصة الجهد. الجهد المنخفض هو 24 فولت في الغالب، ويتطلب تحويله إلى 24 فولت باستخدام محول DC/DC. وتُحدَّد قدرة التسخين الكهربائي منخفض الجهد بشكل رئيسي بواسطة محول DC/DC ذي جهد 24 فولت. حاليًا، تبلغ أقصى قدرة لمحول DC/DC لتحويل الجهد العالي إلى جهد منخفض 24 فولت 6 كيلوواط فقط. أما الجهد العالي، فيتراوح عادةً بين 450 و700 فولت، وهو ما يتوافق مع جهد خلية الطاقة، ويمكن أن تكون قدرة التسخين فيه كبيرة نسبيًا، وتعتمد بشكل أساسي على حجم السخان.
في الوقت الحالي، يتم تشغيل نظام خلايا الوقود المحلي بشكل أساسي عن طريق التسخين الخارجي، أي التسخين بواسطة التسخين بواسطة PTC؛ يمكن للشركات الخارجية مثل تويوتا أن تبدأ مباشرة دون تسخين خارجي.
يتمثل اتجاه تطوير التسخين الكهربائي PTC لنظام إدارة الحرارة لخلايا الوقود في التصغير والموثوقية العالية والتسخين الكهربائي الآمن عالي الجهد PTC.
تاريخ النشر: 28 مارس 2023
