تتجلى أهمية بطاريات الطاقة كمصدر رئيسي للطاقة في مركبات الطاقة الجديدة. ففي الاستخدام الفعلي للمركبات، تواجه البطارية ظروف تشغيل معقدة ومتنوعة. ولتحسين مدى القيادة، تحتاج المركبات إلى ترتيب أكبر عدد ممكن من خلايا البطارية في حيز محدد، مما يجعل مساحة حزمة البطارية في المركبة محدودة للغاية. تولد البطاريات كمية كبيرة من الحرارة أثناء تشغيل المركبة، وتتراكم هذه الحرارة بمرور الوقت في حيز صغير نسبيًا. ونظرًا للتراص الكثيف لخلايا البطارية داخل حزمة البطارية، يصعب تبديد الحرارة في المنطقة الوسطى، مما يزيد من تفاوت درجات الحرارة بين الخلايا. ونتيجة لذلك، تنخفض كفاءة شحن وتفريغ البطارية، ويتأثر أداؤها. وفي الحالات الشديدة، قد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفاجئ، مما يؤثر على سلامة النظام وعمره الافتراضي.
تؤثر درجة حرارة بطاريات الطاقة بشكل كبير على أدائها وعمرها الافتراضي وسلامتها. ففي درجات الحرارة المنخفضة، قد تشهد بطاريات الليثيوم أيون زيادة في المقاومة الداخلية وانخفاضًا في السعة. وفي الحالات القصوى، قد يؤدي ذلك إلى تجمد الإلكتروليت وعدم قدرة البطارية على التفريغ. ويتأثر أداء نظام البطارية في درجات الحرارة المنخفضة بشكل كبير، مما ينتج عنه انخفاض في أداء خرج الطاقة وتقليل مدى قيادة المركبات الكهربائية. عند شحن مركبات الطاقة الجديدة في ظروف درجات الحرارة المنخفضة، يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) عادةً بتسخين البطارية إلى درجة حرارة مناسبة قبل الشحن. وإذا لم يتم التعامل مع هذه العملية بشكل صحيح، فقد يتسبب ذلك في زيادة مفاجئة في الجهد الكهربائي، مما يؤدي إلى حدوث دوائر قصر داخلية، والتي قد تؤدي بدورها إلى انبعاث دخان أو نشوب حريق أو حتى انفجارات. وقد حدّت مشاكل السلامة المتعلقة بالشحن في درجات الحرارة المنخفضة في أنظمة بطاريات المركبات الكهربائية بشكل كبير من انتشار المركبات الكهربائية في المناطق الباردة.
إدارة حرارة البطاريةتُعد هذه الوظيفة من الوظائف المهمة في نظام إدارة البطارية، وتتمثل بشكل أساسي في ضمان قدرة حزمة البطارية على العمل دائمًا ضمن نطاق درجة حرارة مناسب، وبالتالي الحفاظ على حالة التشغيل المثلى لحزمة البطارية.إدارة الحرارة في البطارياتتشمل وظائفها الرئيسية التبريد والتدفئة وموازنة درجة الحرارة. ويتم ضبط وظائف التبريد والتدفئة وفقًا لتأثير درجة حرارة البيئة الخارجية على البطارية. أما موازنة درجة الحرارة فتُستخدم لتقليل فرق درجة الحرارة داخل البطارية ومنع التلف السريع الناتج عن ارتفاع درجة حرارة جزء معين منها.
بشكل عام، تُقسم طرق تبريد بطاريات الطاقة إلى ثلاث فئات رئيسية: التبريد الهوائي، والتبريد السائل، والتبريد المباشر. يعتمد التبريد الهوائي على استخدام الهواء الطبيعي أو هواء التبريد من مقصورة الركاب لتمريره عبر سطح البطارية لتبادل الحرارة وتبريدها. أما التبريد السائل، فيستخدم عادةً أنابيب تبريد مستقلة لتسخين أو تبريد بطاريات الطاقة. وتُعد هذه الطريقة حاليًا هي الأكثر شيوعًا للتبريد، كما هو الحال في سيارات تسلا وفولت. في حين أن نظام التبريد المباشر يلغي الحاجة إلى أنابيب تبريد البطارية، ويستخدم مادة التبريد مباشرةً لتبريدها.
1. نظام تبريد الهواء:
نظراً لصغر سعتها وكثافة طاقتها، كانت بطاريات الطاقة القديمة تُبرّد غالباً بالهواء. وينقسم التبريد الهوائي إلى نوعين: التبريد الطبيعي بالهواء والتبريد القسري بالهواء (باستخدام المراوح)، حيث يُستخدم الهواء الطبيعي أو الهواء البارد من داخل الكابينة لتبريد البطارية.
من الأمثلة النموذجية لأنظمة التبريد الهوائي سيارات مثل نيسان ليف وكيا سول الكهربائية. حاليًا، تُوضع بطاريات 48 فولت في المركبات الهجينة الصغيرة ذات 48 فولت داخل مقصورة الركاب وتُبرّد بالهواء. يوضح الشكل 2 مسار تبريد الهواء لبطارية معينة. يتميز نظام التبريد الهوائي ببساطة تركيبه ونضج تقنيته وانخفاض تكلفته نسبيًا. مع ذلك، ونظرًا لمحدودية كمية الحرارة التي ينقلها الهواء، فإن كفاءة نقل الحرارة فيه منخفضة، كما أن تجانس درجة الحرارة الداخلية للبطارية ضعيف، مما يصعب معه التحكم الدقيق في درجة حرارة البطارية. لذا، تُعد أنظمة التبريد الهوائي مناسبة عمومًا للمركبات ذات المدى القصير والوزن الخفيف.
2. نظام التبريد السائل
يشير نظام التبريد السائل إلى استخدام البطارية لسائل تبريد لتبادل الحرارة، ويُوضح الشكل 3 مخططه التوضيحي. ينقسم سائل التبريد إلى نوعين: التلامس المباشر مع خلايا البطارية (زيت السيليكون، زيت الخروع، إلخ) والتلامس مع خلايا البطارية عبر قنوات مائية (الماء والإيثيلين جليكول، إلخ). حاليًا، تُستخدم محاليل مختلطة من الماء والإيثيلين جليكول بشكل شائع. تتضمن أنظمة التبريد السائل عادةً مُبردًا مُقترنًا بدورة التبريد، والذي يسحب الحرارة من البطارية عبر سائل التبريد. تتكون مكوناته الأساسية من الضاغط والمُبرد و...مضخة مياهيُحدد الضاغط، باعتباره مصدر الطاقة للتبريد، قدرة نقل الحرارة للنظام بأكمله. ويؤدي المبرد دورًا في تبادل غاز التبريد وسائل التبريد، وتحدد كمية التبادل الحراري درجة حرارة سائل التبريد بشكل مباشر. وتحدد مضخة الماء معدل تدفق سائل التبريد في الأنابيب، فكلما زاد معدل التدفق، تحسن أداء نقل الحرارة، والعكس صحيح.
3. نظام التبريد المباشر:
يستخدم نظام التبريد المباشر مُبرّد نظام التكييف لتبريد بطارية الطاقة مباشرةً، كما هو موضح في الشكل 11. يُركّب مُبخر نظام التكييف مباشرةً داخل نظام البطارية، حيث يتبخر المُبرّد فيه لإزالة الحرارة الناتجة عن نظام البطارية، مما يُحقق عملية تبريد أسرع وأكثر فعالية. حاليًا، يوجد عدد قليل نسبيًا من الطرازات التي تستخدم التبريد المباشر، وأبرزها سيارة BMW i3. نظرًا لعدم وجود تبادل حراري وسيط بين السوائل، يتميز نظام التبريد ببنية مُدمجة، وكفاءة تبريد أعلى (3-4 مرات أعلى من التبريد السائل)، وتكلفة أقل نسبيًا. لكن تكمن المشكلة في أن تحويل المُبرّد من الحالة الغازية إلى السائلة في الأنابيب يجعل التحكم في النظام بأكمله مُعقدًا نسبيًا، كما أن تجانس درجة الحرارة ضعيف. ويتطلب النظام مقاومة عالية للضغط وإحكامًا تامًا، مما يُشكل خطرًا كبيرًا على استخدامه في السيارة بأكملها.
تاريخ النشر: 27 مارس 2026
