نظام الإدارة الحرارية للبطارية (BTMS)
يعد نظام الإدارة الحرارية للبطارية (BTMS) أحد الأنظمة الأساسية للسيارة الكهربائية، مما يؤثر بشكل مباشر على سلامة وأداء وعمر السيارة بأكملها.
I. لماذا تحتاج البطاريات إلى الإدارة الحرارية
تعتمد بطاريات الطاقة، وخاصة بطاريات الليثيوم-أيون، بشكل كبير على درجة حرارة التشغيل فيما يتعلق بأدائها وعمرها وسلامتها.
نطاق التشغيل الأمثل
يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل المثالي للبطاريات عادةً بين 15 درجة و40 درجة، ويتراوح النطاق الأمثل تقريبًا بين 20 درجة و35 درجة.
مخاطر ارتفاع درجة الحرارة
تعمل درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط (على سبيل المثال، أكثر من 60 درجة) على تسريع تدهور سعة البطارية، وزيادة المقاومة الداخلية، وفي الحالات القصوى، قد تؤدي إلى الهروب الحراري، مما يؤدي إلى نشوب حريق وانفجار.
مخاطر درجات الحرارة المنخفضة
تؤدي درجات الحرارة المنخفضة بشكل مفرط إلى تقليل معدل التفاعلات الكيميائية الداخلية داخل البطارية، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في السعة وإنتاج الطاقة، وصعوبات الشحن، واحتمال ترسب الليثيوم، مما يؤدي إلى إتلاف البطارية.
مخاطر الفرق في درجات الحرارة
يؤدي التوزيع غير المتساوي لدرجة الحرارة (الفرق المفرط في درجة الحرارة) بين الخلايا أو الوحدات داخل مجموعة البطارية إلى أداء غير متناسق، ويسرع من تقادم حزمة البطارية بأكملها، ويحد من قدرتها القابلة للاستخدام.
لذلك، يهدف نظام الإدارة الحرارية الفعال إلى الحفاظ على درجة حرارة البطارية ضمن الإطار الأمثل وتقليل الحد الأقصى لاختلاف درجة الحرارة داخل حزمة البطارية (من الناحية المثالية أقل من أو يساوي 3 درجات).
ثانيا. كيف يعمل النظام الحراري
يستخدم نظام الإدارة الحرارية السائلة سائل التبريد المنتشر كوسيلة لتبديد الحرارة أو تسخين البطارية.
وظيفة التبريد
امتصاص الحرارة: يتم تشغيله بواسطة مضخة كهربائية، ويتدفق سائل التبريد عبر ألواح التبريد السائلة الموجودة داخل حزمة البطارية (عادةً ما تكون على اتصال بوحدات البطارية)، مما يمتص الحرارة الناتجة عن البطارية.
تبديد الحرارة: يتم ضخ سائل التبريد ذو درجة الحرارة المرتفعة، بعد أن يمتص الحرارة، إلى المبرد الأمامي (تبريد الهواء-) أو تبادل الحرارة مع نظام تكييف الهواء في السيارة (من خلال مبادل حراري مبرد)، مما يؤدي إلى تبديد الحرارة إلى الهواء الخارجي.
الدورة الدموية: يتدفق سائل التبريد مرة أخرى إلى مجموعة البطارية، لتبدأ الدورة التالية.
وظيفة التدفئة
عندما تكون درجة حرارة البطارية منخفضة للغاية، يمكن للنظام تسخين سائل التبريد باستخدام سخان PTC (الثرمستور ذو معامل درجة الحرارة الإيجابية).
يتدفق المبرد الدافئ عبر ألواح التبريد السائلة، ويعمل مثل "زجاجة الماء الساخن" لتسخين البطارية.
يمكن لبعض الأنظمة المتقدمة أيضًا الاستفادة من الحرارة المهدرة الناتجة عن نظام الدفع الكهربائي، واستعادتها من خلال المبادلات الحرارية اللوحية لتسخين البطارية، وبالتالي تحسين كفاءة الطاقة.
ثالثا. المكونات الرئيسية للنظام
يتكون نظام الإدارة الحرارية السائلة النموذجي بشكل أساسي من المكونات التالية:
لوحة تبريد السائل: مكون التبادل الحراري الأساسي الذي يكون على اتصال مباشر بوحدة البطارية، وعادةً ما يكون مصنوعًا من الألومنيوم مع تصميم قناة تدفق داخلية. يجب أن يوازن تصميمه بين قوة تبديد الحرارة والموثوقية وخفة الوزن.
سائل التبريد: يتطلب موصلية حرارية عالية، وعزلًا (لمنع حدوث دوائر قصيرة)، ولزوجة منخفضة، ونطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل، وتوافقًا جيدًا للمواد. يتم استخدام خلائط ماء إيثيلين جلايكول- بشكل شائع (يتم ضبط النسبة وفقًا لمتطلبات مضاد التجمد)، على الرغم من استخدام الكحوليات العضوية النقية والسوائل العازلة الأخرى أيضًا في بعض الأحيان.
المضخة الكهربائية: توفر الطاقة اللازمة لتدوير سائل التبريد. غالبًا ما تكون سرعتها قابلة للتعديل لتحقيق العرض عند الطلب-وتقليل استهلاك الطاقة.
مبادل حراري(المبرد): مبادل حراري يربط بين دائرة التبريد ودائرة تبريد التكييف، يستخدم لتعزيز التبريد.
الرادياتير: يقع في مقدمة السيارة، ويعمل على تبديد الحرارة من سائل التبريد من خلال تدفق الهواء.
المبادل الحراري للوحة: يستخدم للتبادل الحراري بين الدوائر المختلفة، مثل استعادة الحرارة المهدرة.
سخان PTC: جهاز يقوم بتسخين سائل التبريد عند الحاجة إلى التسخين.
جسم الصمام (على سبيل المثال، صمام ثلاثي الاتجاه، صمام الملف اللولبي): يتحكم في اتجاه تدفق سائل التبريد، مما يتيح التبديل بين الأوضاع المختلفة (على سبيل المثال، التبديل بين أوضاع التبريد والتدفئة، أو بين مصادر الحرارة المختلفة).
الخزان: يعوض تمدد وانكماش سائل التبريد نتيجة تغير درجات الحرارة، ويسهل امتلاءه ونزيفه.
أجهزة الاستشعار ووحدة التحكم: تقوم أجهزة استشعار درجة الحرارة بمراقبة درجة حرارة البطارية وسائل التبريد في الوقت الحقيقي. وحدة التحكم في الإدارة الحرارية لنظام إدارة البطارية (BMS) هي العقل، حيث تتحكم بذكاء في تشغيل المحركات مثل المضخات وسخانات PTC والصمامات وضواغط تكييف الهواء بناءً على إشارات درجة الحرارة وحالة السيارة باستخدام الخوارزميات.
