تتكون وحدة حزمة بطاريات الليثيوم بشكل أساسي من بطاريات ووحدات تبريد وتبديد حرارة قابلة للدمج بحرية. وتكمل هذه الوحدات بعضها بعضًا. فالبطارية مسؤولة عن تزويد مركبة الطاقة الجديدة بالطاقة، بينما تتولى وحدة التبريد معالجة الحرارة المتولدة من البطارية أثناء التشغيل. وتختلف وسائط تبديد الحرارة باختلاف طرق التبديد.
إذا ارتفعت درجة الحرارة المحيطة بالبطارية بشكل مفرط، فإن هذه المواد تستخدم حشية السيليكون الموصلة للحرارة كمسار لنقل الحرارة، حيث تدخل بسلاسة إلى أنبوب التبريد، ثم تمتص الحرارة من خلال التلامس المباشر أو غير المباشر مع البطارية. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه الطريقة في أنها توفر مساحة تلامس كبيرة مع خلايا البطارية، مما يسمح بامتصاص الحرارة بشكل متساوٍ.
تُعد طريقة التبريد بالهواء أيضاً طريقة شائعة لتبريد البطارية.سخان هواء PTCكما يوحي الاسم، تستخدم هذه الطريقة الهواء كوسيط للتبريد. يقوم مصممو مركبات الطاقة الجديدة بتركيب مراوح تبريد بجوار وحدات البطارية. ولزيادة تدفق الهواء، تُضاف فتحات تهوية بجوارها أيضًا. وبفضل تيارات الحمل الحراري، تستطيع بطارية الليثيوم في مركبة الطاقة الجديدة تبديد الحرارة بسرعة والحفاظ على درجة حرارة ثابتة. تتميز هذه الطريقة بمرونتها، حيث يمكنها تبديد الحرارة عن طريق الحمل الحراري الطبيعي أو عن طريق التبريد القسري. ولكن إذا كانت سعة البطارية عالية جدًا، فإن فعالية طريقة التبريد بالهواء تصبح غير فعالة.
يُعدّ نظام التبريد بالتهوية الصندوقي تحسينًا إضافيًا لطريقة التبريد الهوائي وتبديد الحرارة. فبالإضافة إلى التحكم في درجة الحرارة القصوى لحزمة البطاريات، يُمكنه أيضًا التحكم في درجة الحرارة الدنيا، مما يضمن التشغيل الطبيعي للبطارية إلى حد كبير. مع ذلك، تُؤدي هذه الطريقة إلى عدم تجانس درجة الحرارة داخل حزمة البطاريات، مما يجعلها عُرضة لتبديد حرارة غير متساوٍ. يُعزز نظام التبريد بالتهوية الصندوقي سرعة تدفق الهواء الداخل، ويُنسق درجة الحرارة القصوى لحزمة البطاريات، ويتحكم في فرق درجات الحرارة الكبير. ولكن، نظرًا لصغر الفجوة بين الجزء العلوي من البطارية ومدخل الهواء، فإن تدفق الغاز الناتج لا يُلبي متطلبات تبديد الحرارة، ويكون معدل التدفق الإجمالي بطيئًا للغاية. إذا استمر الوضع على هذا النحو، يصعب تبديد الحرارة المُتراكمة على الجزء العلوي من البطارية عند مدخل الهواء. حتى لو تم فتح الجزء العلوي لاحقًا، سيظل فرق درجات الحرارة بين حزم البطاريات يتجاوز النطاق المُحدد مُسبقًا.
تُعدّ طريقة التبريد باستخدام مواد تغيير الطور الأكثر تطورًا من الناحية التقنية، نظرًا لقدرة هذه المواد على امتصاص كمية كبيرة من الحرارة تبعًا لتغير درجة حرارة البطارية. وتتمثل الميزة الكبرى لهذه الطريقة في استهلاكها المنخفض للطاقة وقدرتها على التحكم بدرجة حرارة البطارية بكفاءة. وبالمقارنة مع طريقة التبريد السائل، فإن مواد تغيير الطور غير قابلة للتآكل، مما يقلل من تلوث البطارية. مع ذلك، لا يُمكن استخدام مواد تغيير الطور كوسيط تبريد في جميع قطارات الطاقة الجديدة، نظرًا لارتفاع تكلفة تصنيع هذه المواد.
فيما يتعلق بالتطبيق، يمكن لتبريد الحمل الحراري باستخدام الزعانف التحكم في درجة الحرارة القصوى وفرق درجة الحرارة القصوى لحزمة البطاريات ضمن نطاق 45 درجة مئوية و5 درجات مئوية. مع ذلك، إذا وصلت سرعة الرياح المحيطة بحزمة البطاريات إلى قيمة محددة مسبقًا، فإن تأثير تبريد الزعانف عبر سرعة الرياح يكون ضعيفًا، وبالتالي لا يتغير فرق درجة حرارة حزمة البطاريات إلا قليلًا.
يُعدّ التبريد باستخدام الأنابيب الحرارية طريقةً حديثةً لتبديد الحرارة، لم تُطبّق رسميًا بعد. وتتلخص هذه الطريقة في وضع مادة التبريد داخل الأنبوب الحراري، فعند ارتفاع درجة حرارة البطارية، يتم تبديد الحرارة عبر هذه المادة.
يتضح أن معظم طرق تبديد الحرارة لها قيود معينة. إذا أراد الباحثون تحقيق نتائج فعّالة في تبديد حرارة بطاريات الليثيوم، فعليهم تصميم أجهزة تبديد الحرارة بشكل دقيق يتناسب مع الظروف الفعلية، وذلك لتعظيم فعالية تبديد الحرارة وضمان عمل بطارية الليثيوم بكفاءة.
✦ حل مشكلة تعطل نظام التبريد في مركبات الطاقة الجديدة
أولاً، يرتبط عمر خدمة وأداء مركبات الطاقة الجديدة ارتباطًا مباشرًا بعمر خدمة وأداء بطاريات الليثيوم. ويمكن للباحثين تحسين إدارة الحرارة بشكل كبير بناءً على خصائص بطاريات الليثيوم. ونظرًا لاختلاف أنظمة تبديد الحرارة المستخدمة في مركبات الطاقة الجديدة باختلاف العلامات التجارية والموديلات، فإنه عند تحسين نظام إدارة الحرارة، يجب على الباحثين اختيار طريقة تبديد حرارة مناسبة وفقًا لخصائص أداء هذه المركبات، وذلك لتعظيم فعالية نظام تبديد الحرارة. على سبيل المثال، عند استخدام طريقة التبريد السائل (سخان سائل التبريد PTCيمكن للباحثين استخدام الإيثيلين جليكول كوسيط رئيسي لتبديد الحرارة. مع ذلك، وللتغلب على عيوب التبريد السائل وطرق تبديد الحرارة، ومنع تسرب الإيثيلين جليكول وتلويث البطارية، يحتاج الباحثون إلى استخدام مواد غلاف غير قابلة للتآكل كمادة واقية لبطاريات الليثيوم. إضافةً إلى ذلك، يجب على الباحثين إحكام إغلاق البطاريات لتقليل احتمالية تسرب الإيثيلين جليكول.
ثانيًا، مع ازدياد مدى سير مركبات الطاقة الجديدة، وتحسن سعة وقدرة بطاريات الليثيوم بشكل كبير، يزداد توليد الحرارة. وإذا استمر استخدام طرق تبديد الحرارة التقليدية، سيقل تأثيرها بشكل ملحوظ. لذا، يجب على الباحثين مواكبة التطورات، وتطوير تقنيات جديدة باستمرار، واختيار مواد جديدة لتحسين أداء نظام التبريد. إضافةً إلى ذلك، يمكن للباحثين دمج طرق تبديد حرارة متنوعة لتعزيز مزايا نظام التبريد، بحيث يمكن التحكم في درجة الحرارة المحيطة ببطارية الليثيوم ضمن نطاق مناسب، مما يوفر طاقة متجددة لمركبات الطاقة الجديدة. على سبيل المثال، يمكن للباحثين دمج التبريد الهوائي وطرق تبديد الحرارة بالاعتماد على طرق تبديد الحرارة السائلة. وبهذه الطريقة، يمكن لطريقتين أو ثلاث طرق أن تعوض أوجه القصور لدى بعضها البعض، وتحسن أداء تبديد الحرارة في مركبات الطاقة الجديدة بشكل فعال.
أخيرًا، يجب على السائق الحرص على الصيانة الدورية لمركبات الطاقة الجديدة أثناء القيادة. قبل الانطلاق، من الضروري فحص حالة المركبة والتأكد من خلوها من أي أعطال. هذه المراجعة تقلل من مخاطر الحوادث المرورية وتضمن سلامة القيادة. بعد القيادة لمسافات طويلة، ينبغي على السائق فحص المركبة بانتظام للتأكد من سلامة نظام التحكم الكهربائي ونظام التبريد، وتجنب أي مشاكل محتملة فيهما، وذلك لتجنب الحوادث. إضافةً إلى ذلك، قبل شراء مركبة طاقة جديدة، يجب على السائق البحث جيدًا لفهم بنية نظام بطارية الليثيوم ونظام التبريد، واختيار مركبة ذات نظام تبريد فعال، لما تتميز به هذه المركبات من عمر افتراضي طويل وأداء فائق. في الوقت نفسه، يجب على السائق امتلاك بعض المعرفة الأساسية في الصيانة للتعامل مع الأعطال المفاجئة وتقليل الخسائر في الوقت المناسب.
تاريخ النشر: 25 يونيو 2023
