مع استمرار تزايد حصة السيارات الكهربائية في السوق، يحوّل مصنّعو السيارات تركيزهم البحثي والتطويري تدريجيًا نحو بطاريات الطاقة وأنظمة التحكم الذكية. ونظرًا للخصائص الكيميائية لبطارية الطاقة، فإن درجة الحرارة تؤثر بشكل كبير على أداء الشحن والتفريغ وسلامة البطارية. لذا، يُعطى تصميم نظام إدارة حرارة البطارية أولوية قصوى في تطوير السيارات الكهربائية. استنادًا إلى بنية نظام إدارة حرارة بطارية السيارات الكهربائية السائدة، وبالاستعانة بتقنية نظام مضخة الحرارة ذي الصمام الثماني من تسلا، تم تحليل مبدأ عمل بطارية الطاقة ومزايا وعيوب نظام إدارة الحرارة. وقد تبين وجود مشكلات مثل فقدان الطاقة في السيارة الباردة، وقصر مدى القيادة، وانخفاض طاقة الشحن، ولذا تم اقتراح خطة مُحسّنة لنظام إدارة حرارة بطارية الطاقة.
نظراً لعدم استدامة مصادر الطاقة التقليدية وتزايد التلوث البيئي، سارعت الحكومات وشركات تصنيع السيارات في مختلف البلدان إلى التحول نحو مركبات الطاقة الجديدة، مع التركيز على تعزيز تطوير المركبات الكهربائية التي تعمل بالكهرباء بشكل أساسي. ومع استمرار تزايد حصة المركبات الكهربائية في السوق، أصبحت بطاريات الطاقة وأنظمة التحكم الذكية من أبرز اتجاهات التطوير التكنولوجي لهذه المركبات. وعلى عكس مركبات البنزين التقليدية، لا تستطيع المركبات الكهربائية استخدام الحرارة المهدرة لتدفئة المقصورة وحزمة البطاريات. لذا، في المركبات الكهربائية، يجب إتمام جميع عمليات التدفئة من خلال مصادر التدفئة والطاقة. وبالتالي، يُعد تحسين استغلال الطاقة المتبقية في المركبة تحدياً رئيسياً لأنظمة إدارة الحرارة في السيارات.
النظام إدارة الحرارة للمركبات الكهربائيةينظم نظام إدارة الحرارة درجة حرارة أجزاء مختلفة من المركبة من خلال التحكم في تدفق الحرارة، ويشمل ذلك بشكل أساسي التحكم في درجة حرارة محرك المركبة والبطارية ومقصورة القيادة. يتطلب نظام البطارية ومقصورة القيادة تعديلًا ثنائي الاتجاه بين البرودة والحرارة، بينما يقتصر دور نظام المحرك على تبديد الحرارة. كانت معظم أنظمة إدارة الحرارة المبكرة للمركبات الكهربائية تعتمد على تبريد الهواء لتبديد الحرارة. وقد ركز هذا النوع من أنظمة إدارة الحرارة على ضبط درجة حرارة مقصورة القيادة كهدف رئيسي للتصميم، ونادرًا ما كان يُراعي التحكم في درجة حرارة المحرك والبطارية، مما أدى إلى هدر طاقة النظام الكهربائي الثلاثي أثناء التشغيل. ومع ازدياد قدرة المحرك والبطارية، لم يعد نظام تبريد الهواء قادرًا على تلبية الاحتياجات الأساسية لإدارة الحرارة في المركبة، فدخلت أنظمة إدارة الحرارة عصر التبريد السائل. لا يُحسّن نظام التبريد السائل كفاءة تبديد الحرارة فحسب، بل يُعزز أيضًا عزل البطارية. من خلال التحكم في جسم الصمام، لا يستطيع نظام التبريد السائل التحكم بنشاط في اتجاه الحرارة فحسب، بل يمكنه أيضًا الاستفادة الكاملة من الطاقة الموجودة داخل السيارة.
ينقسم تسخين البطارية ومقصورة القيادة بشكل رئيسي إلى ثلاث طرق: التسخين باستخدام الثرمستور ذي معامل درجة الحرارة (PTC)، والتسخين باستخدام غشاء التسخين الكهربائي، والتسخين باستخدام المضخة الحرارية. ونظرًا للخصائص الكيميائية لبطارية الطاقة في المركبات الكهربائية، قد تظهر بعض المشكلات مثل فقدان الطاقة في السيارة عند انخفاض درجة الحرارة، وقصر مدى السير، وانخفاض طاقة الشحن. ولضمان قدرة المركبات الكهربائية على العمل بكفاءة في مختلف الظروف القاسية، ولتلبية احتياجات الاستخدام، يجب تحسين نظام إدارة حرارة البطارية وتطويره ليتناسب مع ظروف درجات الحرارة المنخفضة.
طريقة تبريد البطارية
بحسب وسائط نقل الحرارة المختلفة، يمكن تقسيم نظام إدارة حرارة البطارية إلى ثلاثة أنواع: نظام إدارة حرارة باستخدام الهواء، ونظام إدارة حرارة باستخدام سائل، ونظام إدارة حرارة باستخدام مواد تغيير الطور. وينقسم نظام إدارة الحرارة باستخدام الهواء إلى نظام تبريد طبيعي ونظام تبريد هوائي.
يتطلب تسخين الثرمستور PTC ترتيب وحدة تسخين الثرمستور PTC وطبقة عازلة حول حزمة البطارية. عندما تحتاج حزمة بطارية السيارة إلى التسخين، يقوم النظام بتنشيط الثرمستور PTC لتوليد الحرارة، ثم يدفع الهواء عبر الثرمستور PTC بواسطة مروحة.سخان سائل التبريد PTC/سخان هواء PTCتقوم زعانف التسخين الحرارية بتسخينها، ثم توجه الهواء الساخن إلى حزمة البطارية ليدور في الداخل، مما يؤدي إلى تسخين البطارية.
تاريخ النشر: 19 مايو 2023
