تكنولوجيا الإدارة الحرارية لخلايا الطاقة
في ظل التطور السريع للسيارات الكهربائية، أصبحت مشكلة الانفلات الحراري أكثر وضوحًا.
تعد حزمة البطارية مكون تخزين الطاقة الرئيسي في السيارة الكهربائية، والتي تتكون من بطاريات ليثيوم أيون ولها تأثير مباشر على أداء السيارة الكهربائية. من أجل تحسين أداء وعمر حزمة البطارية، من الضروري تحسين هيكل حزمة البطارية وتصميم نظام إدارة حرارة حزمة البطارية (BTMS) الذي يمكنه التكيف مع درجات الحرارة العالية والمنخفضة.
تكنولوجيا الإدارة الحرارية لنظام بطاريات مركبات الطاقة الجديدة
جوهر تقنية تبريد بطارية الليثيوم أيون هو عملية التبادل الحراري من خلال وسط تبريد ينقل الحرارة من داخل البطارية إلى البيئة الخارجية، وبالتالي تقليل درجة الحرارة الداخلية للبطارية. وفقًا للاختلاف في وسط التبريد، يمكن تقسيمه إلى تبريد الهواء، والتبريد السائل، وتبريد المواد الصلبة المتغيرة الطور، وتبريد الأنابيب الحرارية.
1. نظام التبريد بالهواء
نظام التبريد المبرد بالهواء المعروف أيضًا باسم نظام التبريد المبرد بالهواء. هذه هي أبسط طريقة لتبريد مجموعة بطارية الطاقة عن طريق السماح للهواء بالتدفق عبر سطح البطارية لإزالة الحرارة الناتجة عن البطارية.
وفقًا لمقاييس التهوية (مع أو بدون مراوح، وما إلى ذلك)، يمكن تقسيم المعدات الطرفية المبردة بالهواء إلى الحمل الحراري الطبيعي والتهوية القسرية.
الحمل الحراري الطبيعي يشع الحرارة
نظام لا يعتمد على التهوية القسرية الخارجية (على سبيل المثال، المراوح) ولكنه يبرد ويشع الحرارة من خلال تدفق السائل داخل حزمة البطارية نفسها بسبب التغيرات في درجات الحرارة.
التهوية القسرية لتبديد الحرارة
على أساس تبديد الحرارة بالحمل الحراري الطبيعي، يتم إضافة تكنولوجيا التهوية القسرية المقابلة إلى نظام تبديد الحرارة.
وفقًا لترتيب البطاريات، يمكن تقسيم نظام تبريد الهواء إلى نظام متسلسل ونظام متوازي. ومع ذلك، فإن تأثير هذه الطريقة ضعيف، ومن الصعب تحقيق توحيد درجة حرارة البطارية العالية. يتميز نظام تبريد الهواء بتصميم هيكل بسيط وتكلفة منخفضة، ولكن تأثير تبديد الحرارة ليس واضحًا، ولا يمكن لبطارية الطاقة أن تعمل في نطاق درجة الحرارة العادية. من خلال تغيير ترتيب البطارية، وقناة الهواء، والمباعدة بين البطاريات وسرعة الرياح، يمكن تحسين نظام تبريد الهواء لتحقيق تأثير تبريد أفضل لنظام إدارة حرارة البطارية.
2. نظام تبريد مبرد بالسائل
يشير النظام إلى مادة التبريد التي تكون على اتصال مباشر أو غير مباشر ببطارية الطاقة، واستخدام مبدأ نقل الحرارة بالحمل الحراري، من خلال تدوير تدفق السائل للحرارة المتولدة في حزمة البطارية بعيدًا، ويتعلق نموذج المنفعة بنظام تبديد الحرارة الذي يمكن تحقيق تأثير تبديد الحرارة.
المبرد (المبرد)
يتميز بموصلية حرارية عالية، وتبديد جيد للحرارة، ويمكن أن يكون خليطًا من الماء والماء والجليكول والزيوت المعدنية وR134a، وما إلى ذلك، ويستخدم على نطاق واسع في أنظمة تبريد المركبات الكهربائية. على سبيل المثال، تستخدم مجموعة بطاريات Tesla مزيجًا سائلًا مبردًا من الماء وجلايكول الإيثيلين، بينما تستخدم BMW I-3 R134A.
يمكن تقسيمها إلى تبريد مباشر وتبريد غير مباشر وفقًا لما إذا كان سائل التبريد على اتصال بالبطارية. معامل نقل الحرارة للسائل أكبر من الهواء، وتأثير تبديد الحرارة أفضل، ولكن الهيكل معقد، ومتطلبات حالة الختم مرتفعة، وتكلفة التصميم والصيانة مرتفعة نسبيًا.
في تكنولوجيا التبريد السائل، يحتوي تصميم الهيكل بشكل أساسي على تصميم هيكل العداء، وتصميم شكل ترتيب لوحة التبريد. غالبًا ما تتطلب الأنظمة المبردة بالسائل تصميمات هيكلية أكثر تعقيدًا وتطلبًا لمنع تسرب سائل التبريد ولضمان التماثل بين مونومرات الخلية في حزمة البطارية. لكن هيكلها المعقد أيضًا يجعل نظام المشتت الحراري بأكمله ضخمًا للغاية، مما يزيد من وزن السيارة بأكملها، ويجعل الصيانة والصيانة صعبة نسبيًا، كما تزيد تكلفة الصيانة أيضًا في المقابل.
3. نظام تبريد المواد المتغيرة المرحلة
يتم استخدام مادة تغيير الطور (PCM) كوسيلة لنقل الحرارة لامتصاص (أو إطلاق) حرارة البطارية أثناء تفاعل تغيير الطور، وتتميز تقنية التبريد بتأثير جيد للتحكم في درجة الحرارة وقدرة موحدة على درجة الحرارة، ولكن المادة باهظة الثمن.
سوف تمتص المواد المتغيرة الطور (أو تطلق) الكثير من الحرارة أثناء الانتقال بين الحالة السائلة والحالة الصلبة وحالة البخار. عندما تتجاوز درجة حرارة الخلية المفردة نطاق درجة حرارة العمل الطبيعي، يمكن نقل الحرارة بسرعة، بحيث تكون درجة الحرارة بين الخلايا المفردة هي نفسها بشكل أساسي.
من أجل تغيير عيوب المواد، سيتم ملء بعض المواد المعدنية في مادة تغيير الطور، مثل لوحة الألومنيوم الرقيقة جدًا المملوءة في مادة تغيير الطور، من أجل تحسين التوصيل الحراري. من أجل تحسين التوصيل الحراري للمواد المتغيرة الطور، يقوم بعض الأشخاص بملء ألياف الكربون وأنابيب الكربون النانوية وما إلى ذلك.
