التبريد المباشر مقابل التبريد السائل لمركبات الطاقة الجديدةحزم البطارية:
المبادئ والمزايا والعيوب
1. لماذا البطاريات "حساسة للحرارة والبرودة"؟
يرتبط أداء بطاريات الطاقة ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة: فوق 45 درجة، يتسارع تسوس السعة، وقد يتم تقصير دورة الحياة بأكثر من 30%؛ فوق 60 درجة، يتحلل الإلكتروليت، ويتمزق فيلم SEI، وفي الحالات الشديدة، يتم تشغيل الهروب الحراري. في درجات الحرارة المنخفضة، تزداد المقاومة الداخلية، ويحدث طلاء الليثيوم أثناء الشحن، وينخفض النطاق. يعتبر نطاق التشغيل الأمثل لبطاريات الليثيوم-أيون بشكل عام هو 25-40 درجة، وفي الهندسة، يكون الفرق في درجة حرارة الخلية بمقدار<5℃ within the pack is generally considered an optimization target (high-end models aim for <2℃), but this is not a mandatory national standard. The three main tasks of a thermal management system are: heat dissipation, heating, and maintaining temperature consistency.
حاليًا، هناك أربعة أنواع رئيسية من التبريد النشط لسيارات الركاب، مرتبة من الأكثر شيوعًا إلى الأكثر عدوانية:
• تبريد الهواء السلبي (التبريد الطبيعي): يعتمد على الحمل الحراري الطبيعي من خلال زعانف التبادل الحراري لحزمة البطارية. إنها لا تستهلك طاقة ولديها أقل تكلفة، ولكن تبديد الحرارة بطيء للغاية. لقد تم التخلص التدريجي منه من سيارات الركاب السائدة ولا يوجد إلا في أوائل السيارات ذات السرعة المنخفضة-.
• تبريد الهواء النشط: يستخدم مروحة لإجبار الحمل الحراري. إنه ذو هيكل بسيط وغير مكلف للصيانة، ولكن التوصيل الحراري للهواء يبلغ 0.026 واط/(م·ك) فقط، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة في درجات الحرارة المرتفعة. يتم العثور عليه غالبًا في السيارات-المبتدئة التي يقل سعرها عن 100000 يوان صيني (مثل بعض سيارات Wuling Hongguang MINIs وBAIC New Energy).
• التبريد السائل: قياسي حاليًا في المركبات المتوسطة-إلى-المتقدمة-. يدور المبرد (محلول مائي من جلايكول الإيثيلين) لإزالة الحرارة، ويستوعب كلاً من تبديد الحرارة بالشحن السريع-والتسخين بدرجة حرارة منخفضة-، ويحتفظ بحصة السوق الرئيسية.
• التبريد المباشر لغاز التبريد: يتم إدخال سائل تبريد تكييف الهواء مباشرة إلى المبخر داخل مجموعة البطارية، مما يؤدي إلى تحقيق امتصاص الحرارة بتغير الطور "بمسافة صفر"، مما يؤدي إلى أعلى كفاءة.
▸ التبريد الغاطس (التكنولوجيا الناشئة): عمليات التثبيت على دفعات صغيرة-بعد عام 2024، والإنتاج الضخم-على نطاق واسع غير متوفر بعد؛ يتم غمر خلايا البطارية في سائل التبريد العازل (السائل المفلور/الإستر الاصطناعي)، مما يؤدي إلى تبديد الحرارة بشكل موحد، ولكن بتكلفة عالية وصعوبة الصيانة؛ حاليًا، يستخدمه عدد قليل فقط من النماذج كخيار تجريبي.
شركة السائلأولينج:المفاهيم والمبادئ الأساسية
يستخدم التبريد السائل سائل تبريد (عادةً محلول مائي من جلايكول الإيثيلين، مع موصلية حرارية تبلغ حوالي 0.5 واط/(م·ك)) كوسيلة للتبادل الحراري. تقوم مضخة الماء بدفع سائل التبريد للدوران في القنوات داخل حزمة البطارية، وامتصاص الحرارة قبل الوصول إلى المبرد (مبرد البطارية) لتبادل الحرارة مع مبرد تكييف الهواء للتبريد، ثم العودة إلى لوحة التبريد. المكونات الأساسية: ضاغط كهربائي ← مبرد ← مضخة مياه كهربائية ← لوحة تبريد سائلة ← جسم الصمام (أربعة-اتجاه/ثمانية-اتجاه) ← سخان PTC.
المزايا
• التوحيد الأمثل لدرجة الحرارة، والتحكم في اختلاف درجة حرارة الخلية ضمن ±2 درجة، مما يؤدي إلى إطالة العمر الافتراضي وتحسين الاتساق بشكل مباشر.
• التكنولوجيا الناضجة وسلسلة التوريد-الراسخة، والتي تمثل الحل السائد الحالي في السوق؛
• تكامل عميق مع الإدارة الحرارية للمركبة (استرداد الحرارة المهدورة للمحرك، والمضخة الحرارية للمقصورة)، والقدرة على إضافة PTC للتدفئة في درجة حرارة منخفضة-.
• لوحات باردة قابلة للاستبدال بشكل معياري لسهولة الصيانة.
العيوب
• نظام معقد يحتوي على المزيد من المكونات، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف الأولية بحوالي 15% إلى 20%.
• تعمل مضخة المياه الإضافية ودائرة التبريد على زيادة وزن السيارة، ويؤثر استهلاك طاقة مضخة الماء على المدى؛
• خطر تسرب سائل التبريد، الأمر الذي يتطلب إجراء فحوصات منتظمة لمستوى سائل التبريد.
• يؤدي التبادل الحراري غير المباشر إلى سرعات استجابة أبطأ مقارنة بالتبريد المباشر بمعدلات شحن عالية.
التبريد المباشر: المفاهيم والمبادئ الأساسية
يعمل التبريد المباشر لغاز التبريد على ربط نظام تبريد البطارية بشكل كبير مع نظام تكييف الهواء-من خلال وضع مبخر مكيف الهواء مباشرة في مجموعة البطارية. يتبخر سائل التبريد (التيار الرئيسي R134a، R1234yf، الحرارة الكامنة لتغير الطور > 200 كيلوجول/كجم) ويمتص الحرارة داخل لوحة التبريد المباشرة-، ويحمل الحرارة مباشرة من خلية البطارية. المكونات الأساسية: الضاغط الكهربائي ← المكثف ← صمام التمدد الإلكتروني ← لوحة التبريد المباشرة - ← فاصل الغاز - السائل، مما يلغي الحاجة إلى مضخة مياه، ودائرة تبريد، ومبرد.
المزايا
• التخلص من مرحلة التبادل الحراري الثانوية، وتقليل المقاومة الحرارية بنسبة 40% تقريبًا، وزيادة كفاءة التبادل الحراري (مرحلة التبادل الحراري) بنسبة 20%-50% مقارنة بالتبريد السائل (عمليات محاكاة متعددة واختبارات مقاعد البدلاء، تختلف باختلاف ظروف التشغيل؛ ويشير هذا إلى انخفاض المقاومة الحرارية في مرحلة التبادل الحراري، وليس بالضرورة إلى تحسن مماثل في كفاءة الطاقة الإجمالية للمركبة)؛
• نظام أخف وزنا وأكثر إحكاما (حجم أصغر بنسبة 30% تقريبا)، مفيد للسيارات ذات الهياكل المحدودة.
• التخلص من استهلاك الطاقة المستمر لمضخة المياه، مما يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة بحوالي 0.8 كيلووات ساعة لكل 100 كيلومتر في ظل نفس ظروف التشغيل (تقدير محاكاة مركبة واحدة-، يتقلب مع ظروف الطريق ودرجة الحرارة المحيطة، كمرجع فقط)؛
• متوافق مع الشحن فائق السرعة بقدرة 800 فولت-، وقادر على توفير درجة حرارة 4 درجات مئوية أو حتى بمعدلات أعلى دون ارتفاع درجة الحرارة.
العيوب
• تتمتع ألواح التبريد المباشر بمقاومة عالية للضغط ومتطلبات منع التسرب، مما يؤدي إلى ارتفاع حواجز التصنيع والتجميع.
• يجعل التدفق على مرحلتين- من الصعب التحكم في توحيد درجة الحرارة: في ظل درجات الحرارة المنخفضة وظروف الحمل المنخفض، يكون المبرد عرضة لتوزيع سائل الغاز- بشكل غير متساو داخل لوحة التبريد المباشرة، مما يؤدي إلى تبريد زائد موضعي أو تبادل حراري غير كافي، وانخفاض كبير في توحيد درجة الحرارة؛
• سوف يؤدي تسرب غاز التبريد إلى تلويث وحدة البطارية بشكل مباشر ; ويعني التكامل العالي أن الإصلاحات غالبًا ما تتطلب استبدالًا كاملاً، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف؛
• تعتبر إستراتيجيات التحكم معقدة (مكافحة-الصقيع، ومكافحة-التبريد الزائد)، كما أن نضج التكنولوجيا أقل من نضج التبريد السائل.
