Přestože se palivové články stále používají hlavně v užitkových vozidlech, osobní automobily jsou určeny pouze pro Toyota, Honda a Hyundai. Protože se článek zaměřuje na osobní automobily a další srovnávací modely jsou také osobními automobily, uvádíme zde jako příklad Toyota Mirai.
Systém tepelného řízení palivových článků se vyznačuje následujícími třemi hlavními body:
Požadavky na odvod tepla palivových článků v reaktoru
Reaktor je místem, kde probíhá reakce vodíku s kyslíkem a generuje teplo a zároveň vyrábí elektřinu. Zvýšení teploty sice pomáhá zvýšit výkon reaktoru, ale teplo nelze akumulovat, takže reakční voda a chladivo reaktoru musí proudit společně, aby se teplo odvedlo.
A udržování teploty reaktoru může efektivně řídit výstupní výkon tak, aby splňoval dynamické potřeby řidiče pro pohonný systém. Teplo generované výkonovou elektronikou reaktoru a měničem motoru lze v zimě využít jako součást tepla pro vytápění kokpitu.
Problém studeného startu reaktoru
Palivový článek nemůže přímo dodávat elektřinu při nízké teplotě, takže před vstupem do normálního provozního režimu je nutné jej zahřát externím teplem.
V tomto bodě je třeba výše zmíněný okruh odvodu tepla přepnout na topný okruh a přepínání zde může vyžadovat regulační ventil okruhu podobný trojcestnému dvoucestnému ventilu.
Vytápění lze provést externímelektrický PTC ohřívač, elektrický ohřev z baterie k zajištění. Zdá se, že existuje také technologie, která umožňuje reaktoru generovat vlastní teplo, takže energie generovaná reakcí je spíše ve formě tepla pro ohřev těla reaktoru.
Posilovací chlazení
Tato část je trochu podobná dříve zmíněné hybridní auto. Aby bylo možné uspokojit energetickou náročnost reaktoru, je nutné také určité množství reaktantního kyslíku, takže je třeba natlakovat nasávaný vzduch, aby se zvýšila jeho hustota, a tím i hmotnostní tok kyslíku. Z tohoto důvodu se používá dodatečné chlazení, které lze zapojit sériově do stejného chladicího okruhu, protože teplotní rozsah je relativně blízký teplotám ostatních komponent.
Čistě elektrická vozidla
Nakonec jsou čistě elektrická vozidla nejoblíbenějšími hráči na dnešním trhu. Výzkum a vývoj v oblasti tepelného managementu elektromobilů probíhal u všech hlavních výrobců a dodavatelů automobilů. Následují tři hlavní body, které je odlišují od ostatních typů vozidel:
Obavy ze zimního období
Většina zásluh na dojezdu patří hustotě energie baterie, spotřebě elektrické energie vozidla a odporu vzduchu, což jsou aspekty nesouvisející s tepelným řízením, ale v zimě už tolik ne.
Aby bylo zajištěno pohodlí v kokpitu a vysokonapěťová baterie při studeném startu, spotřebovává systém tepelného managementu velké množství elektrické energie a výrazné zkrácení dojezdu v zimě je již normou.
Hlavním důvodem je, že čistě elektrický pohon vozidla generuje teplo mnohem více než jen motor, baterie a citlivost na teplotu.
V současné době se používají běžná řešení, jako je systém tepelného čerpadla, pohonný systém využívající teplo a teplo z okolního prostředí prostřednictvím kompresorového cyklu pro zajištění výkonu kabiny a baterie. V provozu je také Weimar EX5.naftová ohřívače, využití části spalovacího tepla nafty k zajištění baterie a předehřívání kabiny(PTC ohřívače), další technologií je technologie samoohřevu baterie, která při spuštění baterie s malou dávkou energie zahřeje každou bateriovou jednotku, čímž se sníží závislost na externích obvodech pro výměnu tepla.
Čas zveřejnění: 20. dubna 2023
