一套完整的水冷热管理系统由多个关键部件协同构成。电动水泵是循环的动力源，其流量与扬程需根据电堆的散热量与系统流阻精心选型。节温器（也称恒温阀）是一个关键的温度控制部件，它内部装有蜡式感温元件，可根据冷却液温度自动调节阀门开度。在冷启动时，节温器关闭通向散热器的大循环通路，让冷却液只在电堆与水泵间小循环，以快速升温；当温度达到设定值时，节温器逐渐打开，引导冷却液流经散热器进行散热。散热器是主要的换热设备，其性能取决于材料导热系数、翅片密度与表面积以及风扇的风量。冷却风扇通常为电动风扇，其转速可由控制器无级调节，以适应不同的散热需求。膨胀水箱用于容纳冷却液受热膨胀的体积，并排除循环回路中的气体。去离子器是一个重要附件，内部装有离子交换树脂，持续去除冷却液中因腐蚀等原因产生的导电离子，维持冷却液的高电阻率状态。此外，系统还包括大量的管路、接头、温度压力传感器，以及可能的水加热器（用于低温启动辅助）。工业园区的兆瓦级燃料电池系统，水冷系统分区域控温，各模块运行更均衡。海南公交车燃料电池系统区域示范项目
当前，燃料电池系统的制造成本仍然是其大规模商业化推广的主要障碍之一。成本构成复杂，主要包括贵金属铂催化剂、质子交换膜、气体扩散层（碳纸或碳布）、精密加工的双极板，以及各种子系统部件（如空压机、氢循环泵、控制系统等）。降低成本的路径是多维并行的。一是在材料层面，持续减少催化剂中铂的用量，开发非贵金属催化剂或低铂合金催化剂，推进质子交换膜等关键材料的国产化与规模化生产，以降低采购成本。二是在设计与制造层面，提升电堆的功率密度，使得每千瓦功率所消耗的材料减少；优化双极板的流场设计与冲压工艺，以提高生产效率；开发自动化的电堆装配与检测生产线。三是在系统层面，通过集成化设计减少部件数量与管路长度，采用更具成本竞争力的商业化部件（如空压机）。随着市场规模扩大，规模效应将明显摊薄研发与制造成本。预计在未来几年，系统成本有望持续下降。江西备用电源燃料电池系统控制策略小型家用燃料电池系统，风冷系统噪音低于 45 分贝，不影响居家生活环境。
燃料电池系统需能在不同的环境温度、湿度、海拔高度下稳定工作。高温高湿环境下，需强化散热能力；低温环境下，需解决启动困难和冷却液防冻问题，常配备冷启动辅助策略。这些适应性设计是系统工程的重要组成部分，直接决定了产品的市场适用性和可靠性。例如，在低温启动时，通过控制节温器关闭散热器回路、利用电化学反应热或外部/内部加热器（如冷却液加热器）迅速提升电堆温度。电堆性能会随运行时间衰减。热管理系统通过维持适宜、均匀的工作温度，减缓催化层烧结、碳载体腐蚀、膜老化等衰减进程。控制系统通过合理的启停策略、怠速管理、高低载循环等操作策略，进一步延长系统寿命。系统级的耐久性设计是实现商业化应用的关键。燃料电池系统设计包含多重安全措施。
风冷系统的主要优势在于其简化的架构。它无需冷却液、水箱、水泵、节温器和大型散热器，极大地降低了系统的复杂性、潜在故障点、制造成本和整体重量。同时，它彻底避免了冷却液泄漏、腐蚀、冻结点及相关的维护问题，特别适合对成本、重量和可靠性有严苛要求的应用。电堆的双极板设计有特殊的空气流道或集成散热翅片。风扇根据电堆温度和功率需求调整转速，控制冷却空气的流量。热空气被直接排到环境中。风冷系统的散热能力受环境空气温度、湿度及系统自身空间布局限制较大。空气的比热容较低，散热效率有限，难以满足中高功率密度电堆的散热需求。此外，风扇在高功率运行时会产生明显噪声，且为提供足够风量可能需要消耗较多寄生功率，影响系统整体效率。其温度均匀性和控制精度通常也不如水冷系统。珠三角氢能产业园的燃料电池系统，水冷系统与氢气管网联动，运行成本降低。
水冷方案为燃料电池系统带来了明显的性能优势。其突出的优点是强大的散热能力和精确的温度控制。液体冷却介质相较于空气，具有更高的比热容和导热系数，这意味着它能更高效地吸收和携带热量，从而能够满足高功率密度燃料电池堆的散热需求，使得开发更大功率的燃料电池系统成为可能。同时，闭环的液体循环与先进的控制器结合，允许对电堆工作温度进行高精度调节，能够将电堆温度波动控制在很窄的范围内，并且通过优化流道设计，可以确保电堆各单电池之间的冷却液流量均匀，这极大地改善了电堆内部温度分布的均匀性，减小了单电池间的性能差异，对于延长电堆整体寿命至关重要。此外，液体冷却系统对外部环境温度变化的敏感性较低，在高温环境中仍能通过增强风扇与水泵工作来维持足够的散热能力。系统运行的噪音主要来自风扇和水泵，相对于大风量的风冷风扇，其噪音通常更容易被控制和接受。户外应急供电的燃料电池系统，风冷系统抗风雨设计，恶劣天气下正常启动。江西备用电源燃料电池系统控制策略
氢能观光车的燃料电池系统，风冷系统体积小，不占用车内乘坐空间。海南公交车燃料电池系统区域示范项目
电堆是燃料电池系统的“心脏”，由数百个重复的单电池通过双极板串联堆叠而成。每个单电池包含膜电极组件（MEA）和两侧的双极板。膜电极组件是发生电化学反应的场所，由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层构成。双极板则负责均匀分配反应气体、收集电流、传导热量并分隔相邻单电池的反应气体与冷却介质。电堆是燃料电池系统的“心脏”，由数百个重复的单电池通过双极板串联堆叠而成。空气供应系统负责为电堆阴极提供适量、洁净、具备一定压力和湿度的氧气。海南公交车燃料电池系统区域示范项目
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