مراجعة للأبحاث المتعلقة بأنظمة إدارة بطاريات المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة

1. نظرة عامة على إدارة الحرارة في قمرة القيادة (تكييف الهواء في السيارات)

يُعدّ نظام تكييف الهواء أساسيًا للتحكم الحراري داخل السيارة. يسعى كل من السائق والركاب إلى توفير الراحة داخلها. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لمكيف الهواء في توفير قيادة مريحة داخل مقصورة الركاب من خلال ضبط درجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح. يعتمد مبدأ عمل مكيفات الهواء الشائعة في السيارات على تبريد أو تدفئة درجة الحرارة داخل السيارة من خلال مبدأ فيزيائي حراري يتمثل في امتصاص الحرارة بالتبخر وإطلاقها بالتكثيف. فعندما تكون درجة الحرارة الخارجية منخفضة، يتم توجيه هواء دافئ إلى المقصورة ليُشعر السائق والركاب بالدفء، وعندما تكون درجة الحرارة الخارجية مرتفعة، يتم توجيه هواء بارد إلى المقصورة ليُشعر السائق والركاب بالبرودة. لذا، يلعب مكيف الهواء دورًا بالغ الأهمية في تكييف الهواء داخل السيارة وراحة الركاب.

1.1 نظام تكييف الهواء في مركبات الطاقة الجديدة ومبدأ عمله
نظراً لاختلاف أنظمة الدفع في مركبات الطاقة الجديدة عن مركبات الوقود التقليدية، فإن ضاغط مكيف الهواء في مركبات الوقود يُدار بواسطة المحرك، بينما يُدار في مركبات الطاقة الجديدة بواسطة محرك كهربائي. لذا، لا يمكن تشغيل ضاغط مكيف الهواء في مركبات الطاقة الجديدة بواسطة المحرك، بل يُستخدم ضاغط كهربائي لضغط غاز التبريد. ويعتمد مبدأ عمل مركبات الطاقة الجديدة على نفس مبدأ عمل مركبات الوقود التقليدية، حيث تستخدم التكثيف لإطلاق الحرارة والتبخر لامتصاصها وتبريد مقصورة الركاب. ويكمن الاختلاف الوحيد في استبدال الضاغط بضاغط كهربائي. ويُستخدم حالياً الضاغط الحلزوني بشكل أساسي لضغط غاز التبريد.

1) نظام التسخين بأشباه الموصلات: يُستخدم سخان أشباه الموصلات للتبريد والتسخين بواسطة عناصر وأطراف أشباه الموصلات. في هذا النظام، يُعدّ المزدوج الحراري المكون الأساسي للتبريد والتسخين. يتم توصيل جهازين من أشباه الموصلات لتشكيل مزدوج حراري، وبعد تطبيق تيار مستمر، تتولد حرارة وفرق في درجة الحرارة عند نقطة التوصيل لتسخين مقصورة السيارة. الميزة الرئيسية للتسخين بأشباه الموصلات هي سرعة تسخين المقصورة. أما العيب الرئيسي فهو استهلاكها الكبير للطاقة الكهربائية. بالنسبة لمركبات الطاقة الجديدة التي تسعى إلى تحقيق كفاءة عالية في استهلاك الطاقة، يُعدّ هذا العيب جوهريًا. لذلك، لا يُلبي هذا النظام متطلبات مركبات الطاقة الجديدة فيما يتعلق بتوفير الطاقة في مكيفات الهواء. لذا، من الضروري إجراء المزيد من الأبحاث حول طرق التسخين بأشباه الموصلات وتصميم طريقة تسخين فعّالة وموفرة للطاقة.

2) معامل درجة حرارة موجبسخان هواء (PTC)المكون الرئيسي لنظام التسخين PTC هو الثرمستور، الذي يُسخّن بواسطة سلك تسخين كهربائي، وهو جهاز يحوّل الطاقة الكهربائية مباشرةً إلى طاقة حرارية. يعمل نظام التسخين PTC على تحويل قلب الهواء الدافئ في المركبات التقليدية التي تعمل بالوقود إلى سخان هواء PTC، حيث يستخدم مروحة لدفع الهواء الخارجي المراد تسخينه عبر السخان، ثم يُرسل الهواء الساخن إلى داخل المقصورة لتدفئتها. يستهلك هذا النظام الكهرباء مباشرةً، لذا يكون استهلاك الطاقة في المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة مرتفعًا نسبيًا عند تشغيل السخان.

3) تسخين المياه بتقنية PTC:سخان سائل التبريد PTCعلى غرار نظام تسخين الهواء بتقنية PTC، يُولّد هذا النظام الحرارة باستهلاك الكهرباء، لكن نظام تسخين سائل التبريد يقوم أولاً بتسخين سائل التبريد باستخدام تقنية PTC حتى يصل إلى درجة حرارة معينة، ثم يضخه إلى قلب الهواء الدافئ حيث يتبادل الحرارة مع الهواء المحيط، وتقوم المروحة بدفع الهواء الساخن إلى المقصورة لتسخينها. بعد ذلك، يتم تسخين ماء التبريد بواسطة تقنية PTC ويعاد تدويره. يُعدّ نظام التسخين هذا أكثر موثوقية وأمانًا من نظام تبريد الهواء بتقنية PTC.

4) نظام تكييف الهواء بمضخة حرارية: مبدأ عمل نظام تكييف الهواء بمضخة حرارية هو نفسه مبدأ عمل نظام تكييف الهواء التقليدي في السيارات، ولكن مكيف الهواء بمضخة حرارية يمكنه تحقيق تحويل تدفئة وتبريد المقصورة