图1为典型的燃料电池系统架构图，系统主要由燃料电池电堆、氢气供应子系统、空气供应子系统、热管理子系统及电控中心组成。

图1 燃料电池系统架构图

未势能源目前正在进行200 kW大功率燃料电池发动机系统研发，在系统研发过程中，遇到了痛点问题：

(1) 系统低温冷启动困难，需要辅助热源加热系统冷却液进而提高电堆温度，促进系统快速启动。

(2) 系统正常运行时，散热量较大，超出主散热器的最大散热能力；当前预研的系统散热量在200 kW以上，传统的散热器风扇难以满足如此巨大的散热需求，导致散热系统设计困难，大量的热量无法有效排出系统，尤其是夏季，散热工况更为恶劣，因此亟需解决综合热管理散热的问题。

(3) 在燃料电池系统正常运行过程中，大量热量未被有效利用，导致系统能量综合利用效率低。

(4) 由于空压机存在较大寄生功耗的问题，在大功率燃料电池系统中采用膨胀机回收利用尾排空气的压力能，缓解空压机高功耗问题。然而空气路汽水分离器出口可能存在液滴，影响膨胀机的正常工作。如，在燃料电池系统拉载过程中，电堆内电化学反应速率大于冷却液的升温速率，阴极侧出口的液态水析出增多，增加液态水进入膨胀机的概率；在系统冷启动阶段，空气路中存在液态水或小冰渣，若进入膨胀机会损害膨胀机，降低其使用寿命。

针对上述关于燃料电池系统中热管理综合利用面临的痛点问题，未势能源（甲方）提出如下开发需求：

(1) 需重新设计散热系统，通过优化散热系统设计满足系统散热量需求。

(2) 通过系统热量回收升高尾排空气温度，尾排空气温度升高有利于膨胀机进行能量回收，从而提高系统效率；同时尾排空气温度升高有利于促进液滴的蒸发，减少进入膨胀机内液滴的数量。解决在拉载和冷启动典型工况下液滴进入膨胀机的风险。