罗悦齐车用质子交换膜燃料电池水热管理 汽车热管理系统创新技术大会.docx
车用质子交换膜燃料电池水热管理
WaterandThermalManagementof
AutomotivePEMFuelCell
罗悦齐
2020汽车热管理系统创新技术大会
目录
0前言
1商业化燃料电池汽车的关键技术
2基于模型的水热管理优化方法
3PemThom:质子交换膜燃料电池水热管理分析软件
4冷起动性能优化
5挑战与机遇
1商业化燃料电池汽车的关键技术
?燃料电池优点：热力学效率高、零排放、低噪音；燃料多元化；分布式管理…
Passengercars?广泛应用：
1960sFrancisTBacon
工业应用的燃料电池堆6千瓦，碱性膜
Apollo计划(Mid-1960s)
EV4.8%CAFCV0.5%Global
ICEBEV
Bacon,FrancisT.Fuelcells,past,presentand
future.ElectrochimicaActa14.7(1969):569-585.
NASA,history.nasa.gov/SP-350
Canoetal.Batteriesandfuelcellsforemergingelectricvehiclemarkets.
NatureEnergy.Pages279–289(2018)
3
1商业化燃料电池汽车的关键技术
?使用性能：ToyotaMiraivs.TeslaModelS
车型能源能量转化能量容积等效燃油效率续航里程价格
ToyotaMirai氢PEM燃料电池114kWh60MPGe300miles$57500
TeslaModelS电网锂电85kWh89MPGe265miles$71070-
$105670
车型Refueling
cost
充能站数
(USA)充能时间能量容积单车排放
Sales
2017
ToyotaMirai200%of
gasoline505min114kWhwater3,000
TeslaModelS20%of
gasoline
104
supercharger
30,000public
charger
20min
or
5-7hours
85kWhzero160,000
4YueqiLuoetal.TechnicalReport:ChallengesandopportunitiesofautomotivePEMfuelcelltowardscommercialization.2019.
1商业化燃料电池汽车的关键技术
?成本问题：
500kunits/year100kunits/year
?成本分解
Membrane
8%
BP
28%
Catalyst
41%
MEAframe/gaskets
7%
GDL
6%
BP
25%
Membrane
12%
Catalyst
37%
e/gaskets
MEAfram
7%
GDL
9%
Costbyproductionrate
Costbyyear(100k/year)
Costbyyear(500k/year)
?分析方法：DFMA
(DesignforManufacture
andAssembly)
180
160
140
120
100
80
60
40
?学习曲线
?大批量生产的条件下，燃
料电池大部分组件成本显
著下降.
?成本主要来自催化剂，且
受学习曲线效应的影响较
小.
Year
AnualProduction
5YueqiLuoetal.TechnicalReport:ChallengesandopportunitiesofautomotivePEMfuelcelltowardscommercialization.2019.
1商业化燃料电池汽车的关键技术
?成本问题：Pt用量与价格变化
GasolineEnginePEMFuelCell
Pt：0.31g,0.00182g/kWPt:0.14g/kW
FCPtLoadingPtPrice
?减少Pt载量，采用非贵金属替代材料是降低成本的关键因素
6
TheFuelCellandHydrogenIndustries:10TrendstoWatchin2013andBeyond,PikeResearch,Boulder,CO,USA,2013.