إحدى التقنيات الرئيسية لمركبات الطاقة الجديدة هي بطاريات الطاقة.تحدد جودة البطاريات تكلفة المركبات الكهربائية من ناحية، ونطاق قيادة المركبات الكهربائية من ناحية أخرى.العامل الرئيسي للقبول والاعتماد السريع.
وفقًا لخصائص الاستخدام والمتطلبات ومجالات تطبيق بطاريات الطاقة، فإن أنواع البحث والتطوير لبطاريات الطاقة في الداخل والخارج هي تقريبًا: بطاريات الرصاص الحمضية، بطاريات النيكل والكادميوم، بطاريات هيدريد معدن النيكل، بطاريات الليثيوم أيون، خلايا الوقود، وما إلى ذلك، ومن بينها تطوير بطاريات الليثيوم أيون التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام.
سلوك توليد حرارة بطارية الطاقة
يرتبط مصدر الحرارة ومعدل توليد الحرارة والقدرة الحرارية للبطارية والمعلمات الأخرى ذات الصلة بوحدة بطارية الطاقة ارتباطًا وثيقًا بطبيعة البطارية.تعتمد الحرارة التي تطلقها البطارية على الطبيعة والخصائص الكيميائية والميكانيكية والكهربائية للبطارية، وخاصة طبيعة التفاعل الكهروكيميائي.يمكن التعبير عن الطاقة الحرارية المتولدة في تفاعل البطارية بواسطة حرارة تفاعل البطارية Qr؛يؤدي الاستقطاب الكهروكيميائي إلى انحراف الجهد الفعلي للبطارية عن القوة الدافعة الكهربائية المتوازنة، ويتم التعبير عن فقدان الطاقة الناجم عن استقطاب البطارية بواسطة Qp.بالإضافة إلى سير تفاعل البطارية وفقًا لمعادلة التفاعل، هناك أيضًا بعض التفاعلات الجانبية.تشمل التفاعلات الجانبية النموذجية تحلل الإلكتروليت والتفريغ الذاتي للبطارية.حرارة التفاعل الجانبي المتولدة في هذه العملية هي Qs.بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن أي بطارية سيكون لها مقاومة حتمًا، فسيتم توليد Joule Heat Qj عند مرور التيار.ولذلك، فإن الحرارة الإجمالية للبطارية هي مجموع حرارة الجوانب التالية: Qt=Qr+Qp+Qs+Qj.
اعتمادًا على عملية الشحن (التفريغ) المحددة، تختلف أيضًا العوامل الرئيسية التي تتسبب في توليد البطارية للحرارة.على سبيل المثال، عندما يتم شحن البطارية بشكل طبيعي، يكون Qr هو العامل المهيمن؛وفي المرحلة اللاحقة من شحن البطارية، بسبب تحلل الإلكتروليت، تبدأ التفاعلات الجانبية في الحدوث (حرارة التفاعل الجانبي هي Qs)، عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل تقريبًا ومفرطة الشحن، ما يحدث بشكل أساسي هو تحلل الإلكتروليت، حيث تهيمن Qs .تعتمد حرارة Joule Qj على التيار والمقاومة.يتم تنفيذ طريقة الشحن شائعة الاستخدام تحت تيار ثابت، وتكون Qj قيمة محددة في هذا الوقت.ومع ذلك، أثناء بدء التشغيل والتسارع، يكون التيار مرتفعًا نسبيًا.بالنسبة إلى HEV، هذا يعادل تيارًا من عشرات الأمبيرات إلى مئات الأمبيرات.في هذا الوقت، تكون حرارة Joule Heat Qj كبيرة جدًا وتصبح المصدر الرئيسي لإطلاق حرارة البطارية.
من منظور إمكانية التحكم في الإدارة الحرارية، أنظمة الإدارة الحرارية (HVH) يمكن تقسيمها إلى نوعين: نشط وسلبي.من وجهة نظر وسط نقل الحرارة، يمكن تقسيم أنظمة الإدارة الحرارية إلى:سخان الهواء بي تي سي)، السائل يبرد(سخان سائل التبريد PTC) ، والتخزين الحراري لتغيير الطور.
لنقل الحرارة باستخدام سائل التبريد (سخان سائل التبريد PTC) كوسيط، من الضروري إنشاء اتصال لنقل الحرارة بين الوحدة والوسط السائل، مثل سترة الماء، لإجراء التسخين والتبريد غير المباشر في شكل حمل حراري وحرارة التوصيل.يمكن أن يكون وسط نقل الحرارة عبارة عن ماء أو جلايكول الإيثيلين أو حتى سائل تبريد.هناك أيضًا نقل مباشر للحرارة عن طريق غمر قطعة القطب في سائل العازل الكهربائي، ولكن يجب اتخاذ تدابير العزل لتجنب حدوث ماس كهربائي.
يستخدم التبريد السلبي عمومًا التبادل الحراري للهواء السائل المحيط ثم يُدخل الشرانق في البطارية للتبادل الحراري الثانوي، بينما يستخدم التبريد النشط مبادلات حرارية متوسطة سائل تبريد المحرك، أو التسخين الكهربائي / تسخين الزيت الحراري PTC لتحقيق التبريد الأولي.التدفئة والتبريد الأولي مع سائل التبريد/تكييف الهواء في مقصورة الركاب.
بالنسبة لأنظمة الإدارة الحرارية التي تستخدم الهواء والسائل كوسيط، يكون الهيكل كبيرًا جدًا ومعقدًا بسبب الحاجة إلى المراوح ومضخات المياه والمبادلات الحرارية والسخانات وخطوط الأنابيب وغيرها من الملحقات، كما أنها تستهلك طاقة البطارية وتقلل من طاقة البطارية .الكثافة وكثافة الطاقة.
يستخدم نظام تبريد البطارية المبرد بالماء سائل التبريد (50% ماء/50% جلايكول الإيثيلين) لنقل حرارة البطارية إلى نظام تبريد تكييف الهواء من خلال مبرد البطارية، ومن ثم إلى البيئة من خلال المكثف.يتم تبريد درجة حرارة الماء الداخل للبطارية بواسطة البطارية، ومن السهل الوصول إلى درجة حرارة أقل بعد التبادل الحراري، ويمكن تعديل البطارية لتعمل في أفضل نطاق لدرجة حرارة العمل؛يظهر مبدأ النظام في الشكل.تشمل المكونات الرئيسية لنظام التبريد ما يلي: المكثف، والضاغط الكهربائي، والمبخر، وصمام التمدد مع صمام الإغلاق، ومبرد البطارية (صمام التمدد مع صمام الإغلاق) وأنابيب تكييف الهواء، وما إلى ذلك؛تشتمل دائرة مياه التبريد على: مضخة مياه كهربائية، وبطارية (بما في ذلك ألواح التبريد)، ومبردات البطارية، وأنابيب المياه، وخزانات التمدد وغيرها من الملحقات.
وقت النشر: 27 أبريل 2023
