Hoewel brandstofcellen nog steeds voornamelijk in bedrijfsvoertuigen worden gebruikt, zijn ze in personenauto's alleen nog maar toegepast door Toyota, Honda en Hyundai. Maar omdat dit artikel zich richt op personenauto's en de andere vergelijkingsmodellen ook personenauto's zijn, gebruiken we hier de Toyota Mirai als voorbeeld.
Het thermisch beheersysteem van de brandstofcel omvat de volgende drie hoofdpunten:
Warmteafvoervereisten voor brandstofcelreactoren
De reactor is de plaats waar de waterstof-zuurstofreactie plaatsvindt en genereert warmte terwijl er elektriciteit wordt opgewekt. De temperatuurstijging draagt bij aan een hoger ontladingsvermogen van de reactor, maar de warmte kan niet worden opgeslagen. Daarom moeten het reactieproductwater en de reactorkoelvloeistof samen stromen om de warmte af te voeren.
Door de temperatuur van de reactor constant te houden, kan het uitgangsvermogen effectief worden geregeld om te voldoen aan de dynamische behoeften van de bestuurder voor het aandrijfsysteem. De warmte die wordt gegenereerd door de vermogenselektronica van de reactor en de motoromvormer kan in de winter gedeeltelijk worden gebruikt voor de verwarming van de cockpit.
Het probleem van de koude start van de reactor
De brandstofcelreactor kan bij lage temperaturen niet direct elektriciteit leveren, dus moet hij eerst door externe warmte worden opgewarmd voordat hij in de normale bedrijfsmodus kan overgaan.
Op dit punt moet het hierboven genoemde warmteafvoercircuit worden omgekeerd naar een verwarmingscircuit, en de omschakeling vereist mogelijk een regelklep die vergelijkbaar is met een drieweg-tweewegklep.
Verwarming kan worden verzorgd door een externe bron.elektrische PTC-verwarmingDe elektrische verwarming wordt geleverd door de batterij. Er schijnt ook een technologie te bestaan waarmee de reactor zijn eigen warmte kan genereren, zodat de door de reactie opgewekte energie grotendeels wordt omgezet in warmte die de reactorwand opwarmt.
Boosterkoeling
Dit onderdeel is een beetje zoals het eerdergenoemde feestje met de hybride auto. Om aan de energiebehoefte van de reactor te voldoen, is er ook een bepaalde hoeveelheid reactantzuurstof nodig. Daarom moet de luchtinlaat onder druk worden gezet om de dichtheid te verhogen en zo de massastroom van zuurstof te vergroten. Dit is de reden voor de nakoeling, die in serie kan worden geschakeld in hetzelfde koelcircuit, aangezien het temperatuurbereik relatief dicht bij dat van de andere componenten ligt.
Volledig elektrische voertuigen
Uiteindelijk zijn volledig elektrische voertuigen de populairste spelers op de markt. Onderzoek en ontwikkeling op het gebied van thermisch beheer van elektrische voertuigen is door alle grote autofabrikanten en toeleveranciers uitgevoerd. Hieronder volgen drie belangrijke punten waarop ze verschillen van andere voertuigtypen:
Zorgen over het wintergebied
Het bereik wordt grotendeels bepaald door de energiedichtheid van de batterij, het elektriciteitsverbruik van het voertuig en de luchtweerstand. Dit zijn aspecten die niets met thermisch beheer te maken hebben, maar die in de winter minder belangrijk zijn.
Om het comfort in de cockpit en de koudstart van de hoogspanningsaccu te garanderen, verbruikt het thermische beheersysteem veel elektrische energie, waardoor een aanzienlijke vermindering van de actieradius in de winter al eerder de norm is.
De voornaamste reden is dat de warmteontwikkeling van het aandrijfsysteem van een volledig elektrisch voertuig veel groter is dan die van de motor, de accu en de temperatuur.
Momenteel worden gangbare oplossingen zoals warmtepompsystemen, het aandrijfsysteem en de omgevingswarmte via de compressorcyclus gebruikt om de cabine en de accu te verwarmen, ook toegepast in de Weimar EX5.dieselkachels, het gebruik van een deel van de warmte die vrijkomt bij de dieselverbranding om de accu en de cabine voor te verwarmen (PTC-verwarmersEen andere technologie is de zelfverwarming van de batterij, waardoor bij het opstarten van de batterij een kleine hoeveelheid energie wordt gebruikt om elke batterij-eenheid op te warmen, waardoor de afhankelijkheid van externe warmtewisselaars wordt verminderd.
Geplaatst op: 20 april 2023
