بحث حول تكنولوجيا الإدارة الحرارية لبطارية الليثيوم لمركبات الطاقة الجديدة

1. خصائص بطاريات الليثيوم لمركبات الطاقة الجديدة

تتميز بطاريات الليثيوم بشكل أساسي بمزايا انخفاض معدل التفريغ الذاتي، وكثافة الطاقة العالية، وأوقات الدورات العالية، وكفاءة التشغيل العالية أثناء الاستخدام.إن استخدام بطاريات الليثيوم كجهاز الطاقة الرئيسي للطاقة الجديدة يعادل الحصول على مصدر طاقة جيد.لذلك، في تركيبة المكونات الرئيسية لمركبات الطاقة الجديدة، أصبحت حزمة بطارية الليثيوم المرتبطة بخلية بطارية الليثيوم أهم مكون أساسي لها والجزء الأساسي الذي يوفر الطاقة.أثناء عملية عمل بطاريات الليثيوم، هناك متطلبات معينة للبيئة المحيطة.وفقا للنتائج التجريبية، يتم الحفاظ على درجة حرارة العمل المثلى عند 20 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية.بمجرد أن تتجاوز درجة الحرارة المحيطة بالبطارية الحد المحدد، سينخفض ​​أداء بطارية الليثيوم بشكل كبير، وسينخفض ​​عمر الخدمة بشكل كبير.نظرًا لأن درجة الحرارة المحيطة ببطارية الليثيوم منخفضة جدًا، فإن قدرة التفريغ النهائية وجهد التفريغ سوف تنحرف عن المعيار المحدد مسبقًا، وسيكون هناك انخفاض حاد.

إذا كانت درجة الحرارة المحيطة مرتفعة للغاية، فسيتم تعزيز احتمال الانفلات الحراري لبطارية الليثيوم بشكل كبير، وسوف تتجمع الحرارة الداخلية في مكان محدد، مما يسبب مشاكل خطيرة في تراكم الحرارة.إذا لم يكن من الممكن تصدير هذا الجزء من الحرارة بسلاسة، إلى جانب وقت العمل الممتد لبطارية الليثيوم، فإن البطارية عرضة للانفجار.يشكل هذا الخطر على السلامة تهديدًا كبيرًا للسلامة الشخصية، لذلك يجب أن تعتمد بطاريات الليثيوم على أجهزة التبريد الكهرومغناطيسية لتحسين أداء السلامة للمعدات بشكل عام عند العمل.ويمكن ملاحظة أنه عندما يتحكم الباحثون في درجة حرارة بطاريات الليثيوم، يجب عليهم استخدام الأجهزة الخارجية بشكل عقلاني لتصدير الحرارة والتحكم في درجة حرارة العمل المثالية لبطاريات الليثيوم.بعد أن يصل التحكم في درجة الحرارة إلى المعايير المقابلة، فإن هدف القيادة الآمنة لمركبات الطاقة الجديدة لن يكون مهددًا.

2. آلية توليد الحرارة لبطارية الليثيوم طاقة مركبة الطاقة الجديدة

على الرغم من أنه يمكن استخدام هذه البطاريات كأجهزة طاقة، إلا أنه في عملية التطبيق الفعلي، تكون الاختلافات بينها أكثر وضوحًا.بعض البطاريات لها عيوب أكبر، لذلك يجب على الشركات المصنعة لمركبات الطاقة الجديدة الاختيار بعناية.على سبيل المثال، توفر بطارية الرصاص الحمضية طاقة كافية للفرع الأوسط، إلا أنها ستتسبب في أضرار كبيرة للبيئة المحيطة أثناء تشغيلها، وهذا الضرر سيكون غير قابل للإصلاح فيما بعد.ولذلك، من أجل حماية الأمن البيئي، وضعت البلاد بطاريات الرصاص الحمضية في القائمة المحظورة.خلال فترة التطوير، حصلت بطاريات هيدريد معدن النيكل على فرص جيدة، وقد نضجت تكنولوجيا التطوير تدريجيًا، كما توسع نطاق التطبيق أيضًا.ومع ذلك، بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم، فإن عيوبها واضحة بعض الشيء.على سبيل المثال، يصعب على الشركات المصنعة للبطاريات العادية التحكم في تكلفة إنتاج بطاريات هيدريد معدن النيكل.ونتيجة لذلك، ظل سعر بطاريات النيكل والهيدروجين في السوق مرتفعا.بعض العلامات التجارية لمركبات الطاقة الجديدة التي تسعى إلى تحقيق أداء التكلفة لن تفكر في استخدامها كقطع غيار للسيارات.والأهم من ذلك، أن بطاريات Ni-MH أكثر حساسية لدرجة الحرارة المحيطة من بطاريات الليثيوم، ومن المرجح أن تشتعل فيها النيران بسبب درجات الحرارة المرتفعة.بعد مقارنات متعددة، تبرز بطاريات الليثيوم وتستخدم الآن على نطاق واسع في مركبات الطاقة الجديدة.

السبب وراء قدرة بطاريات الليثيوم على توفير الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة هو على وجه التحديد أن أقطابها الكهربائية الإيجابية والسلبية تحتوي على مواد نشطة.أثناء عملية التضمين المستمر واستخراج المواد، يتم الحصول على كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية، ومن ثم وفقًا لمبدأ تحويل الطاقة، الطاقة الكهربائية والطاقة الحركية لتحقيق غرض التبادل، وبالتالي توصيل طاقة قوية إلى يمكن لمركبات الطاقة الجديدة تحقيق غرض المشي بالسيارة.وفي الوقت نفسه، عندما تخضع خلية بطارية الليثيوم لتفاعل كيميائي، سيكون لها وظيفة امتصاص الحرارة وإطلاق الحرارة لإكمال تحويل الطاقة.وبالإضافة إلى ذلك، فإن ذرة الليثيوم ليست ثابتة، ويمكن أن تتحرك بشكل مستمر بين المنحل بالكهرباء والحجاب الحاجز، وهناك مقاومة داخلية للاستقطاب.

الآن، سيتم أيضًا إطلاق الحرارة بشكل مناسب.ومع ذلك، فإن درجة الحرارة المحيطة ببطارية الليثيوم لمركبات الطاقة الجديدة مرتفعة للغاية، مما قد يؤدي بسهولة إلى تحلل الفواصل الإيجابية والسلبية.بالإضافة إلى ذلك، يتكون تكوين بطارية الليثيوم ذات الطاقة الجديدة من حزم بطاريات متعددة.الحرارة الناتجة عن جميع حزم البطاريات تتجاوز بكثير حرارة البطارية الواحدة.عندما تتجاوز درجة الحرارة قيمة محددة مسبقًا، تكون البطارية عرضة للانفجار بشدة.

3. التقنيات الرئيسية لنظام الإدارة الحرارية للبطارية

بالنسبة لنظام إدارة البطاريات لمركبات الطاقة الجديدة، فقد أولى كل من الداخل والخارج درجة عالية من الاهتمام، وأطلق سلسلة من الأبحاث، وحصل على الكثير من النتائج.ستركز هذه المقالة على التقييم الدقيق لطاقة البطارية المتبقية لنظام الإدارة الحرارية لبطارية مركبات الطاقة الجديدة وإدارة توازن البطارية والتقنيات الرئيسية المطبقة فينظام الإدارة الحرارية.

3.1 طريقة تقييم الطاقة المتبقية لنظام الإدارة الحرارية للبطارية
لقد استثمر الباحثون الكثير من الطاقة والجهود المضنية في تقييم SOC، وذلك باستخدام خوارزميات البيانات العلمية بشكل أساسي مثل طريقة تكامل أمبير ساعة وطريقة النموذج الخطي وطريقة الشبكة العصبية وطريقة مرشح كالمان لإجراء عدد كبير من تجارب المحاكاة.ومع ذلك، غالبًا ما تحدث أخطاء حسابية أثناء تطبيق هذه الطريقة.إذا لم يتم تصحيح الخطأ في الوقت المناسب، فإن الفجوة بين نتائج الحساب تصبح أكبر وأكبر.ومن أجل تعويض هذا الخلل، يقوم الباحثون عادة بدمج طريقة تقييم أنشي مع طرق أخرى للتحقق من بعضها البعض، وذلك للحصول على أدق النتائج.ومن خلال البيانات الدقيقة، يمكن للباحثين تقدير تيار تفريغ البطارية بدقة.

3.2 الإدارة المتوازنة لنظام الإدارة الحرارية للبطارية
يتم استخدام إدارة التوازن لنظام الإدارة الحرارية للبطارية بشكل أساسي لتنسيق الجهد والطاقة لكل جزء من بطارية الطاقة.بعد استخدام بطاريات مختلفة في أجزاء مختلفة، ستكون الطاقة والجهد مختلفين.في هذا الوقت، يجب استخدام إدارة التوازن لإزالة الفرق بين الاثنين.التناقض.حاليًا هي تقنية إدارة التوازن الأكثر استخدامًا

وهي مقسمة بشكل أساسي إلى نوعين: المعادلة السلبية والمعادلة النشطة.من وجهة نظر التطبيق، تختلف مبادئ التنفيذ المستخدمة في هذين النوعين من أساليب المعادلة تمامًا.

(1) التوازن السلبي.يستخدم مبدأ المعادلة السلبية العلاقة التناسبية بين طاقة البطارية والجهد، استنادًا إلى بيانات الجهد لسلسلة واحدة من البطاريات، ويتم تحقيق التحويل بين الاثنين بشكل عام من خلال تفريغ المقاومة: تولد طاقة البطارية عالية الطاقة الحرارة من خلال مقاومة التسخين، ثم تتبدد عبر الهواء لتحقيق غرض فقدان الطاقة.ومع ذلك، فإن طريقة المعادلة هذه لا تعمل على تحسين كفاءة استخدام البطارية.بالإضافة إلى ذلك، إذا كان تبديد الحرارة غير متساوٍ، فلن تتمكن البطارية من إكمال مهمة الإدارة الحرارية للبطارية بسبب مشكلة السخونة الزائدة.

(2) التوازن النشط.التوازن النشط هو نتاج مطور للتوازن السلبي، والذي يعوض عيوب التوازن السلبي.من وجهة نظر مبدأ الإدراك، فإن مبدأ المعادلة النشطة لا يشير إلى مبدأ المعادلة السلبية، بل يتبنى مفهومًا جديدًا مختلفًا تمامًا: المعادلة النشطة لا تحول الطاقة الكهربائية للبطارية إلى طاقة حرارية وتبددها ، بحيث يتم نقل الطاقة العالية يتم نقل الطاقة من البطارية إلى البطارية منخفضة الطاقة.علاوة على ذلك، فإن هذا النوع من النقل لا ينتهك قانون الحفاظ على الطاقة، وله مزايا الخسارة المنخفضة وكفاءة الاستخدام العالية والنتائج السريعة.ومع ذلك، فإن هيكل تكوين إدارة التوازن معقد نسبيًا.إذا لم يتم التحكم في نقطة التوازن بشكل صحيح، فقد يتسبب ذلك في تلف لا يمكن إصلاحه لحزمة بطارية الطاقة بسبب حجمها الزائد.باختصار، كل من إدارة الرصيد النشط وإدارة الرصيد السلبي لهما عيوب ومزايا.في تطبيقات محددة، يمكن للباحثين الاختيار وفقًا لسعة وعدد سلاسل بطاريات الليثيوم.تعد حزم بطاريات الليثيوم ذات السعة المنخفضة والعدد المنخفض مناسبة لإدارة المعادلة السلبية، كما أن حزم بطاريات الليثيوم ذات السعة العالية والعدد الكبير مناسبة لإدارة المعادلة النشطة.

3.3 التقنيات الرئيسية المستخدمة في نظام الإدارة الحرارية للبطارية
(1) تحديد نطاق درجة حرارة التشغيل الأمثل للبطارية.يستخدم نظام الإدارة الحرارية بشكل أساسي لتنسيق درجة الحرارة حول البطارية، لذلك من أجل ضمان تأثير تطبيق نظام الإدارة الحرارية، تُستخدم التقنية الرئيسية التي طورها الباحثون بشكل أساسي لتحديد درجة حرارة عمل البطارية.وطالما تم الحفاظ على درجة حرارة البطارية ضمن نطاق مناسب، يمكن أن تكون بطارية الليثيوم دائمًا في أفضل حالة عمل، مما يوفر طاقة كافية لتشغيل مركبات الطاقة الجديدة.وبهذه الطريقة، يمكن دائمًا أن يكون أداء بطارية الليثيوم لمركبات الطاقة الجديدة في حالة ممتازة.

(2) حساب النطاق الحراري للبطارية والتنبؤ بدرجة الحرارة.تتضمن هذه التقنية عددًا كبيرًا من حسابات النماذج الرياضية.يستخدم العلماء طرق حسابية مقابلة للحصول على اختلاف درجة الحرارة داخل البطارية، ويستخدمون ذلك كأساس للتنبؤ بالسلوك الحراري المحتمل للبطارية.

(3) اختيار وسيلة نقل الحرارة.يعتمد الأداء المتفوق لنظام الإدارة الحرارية على اختيار وسيلة نقل الحرارة.تستخدم معظم مركبات الطاقة الجديدة الحالية الهواء/المبرد كوسيلة للتبريد.طريقة التبريد هذه سهلة التشغيل، ومنخفضة تكلفة التصنيع، ويمكنها تحقيق الغرض من تبديد حرارة البطارية.سخان الهواء بي تي سي/سخان سائل التبريد PTC)

(4) اعتماد تصميم هيكل التهوية وتبديد الحرارة الموازية.يمكن لتصميم التهوية وتبديد الحرارة بين حزم بطاريات الليثيوم أن يوسع تدفق الهواء بحيث يمكن توزيعه بالتساوي بين حزم البطاريات، مما يحل بشكل فعال فرق درجة الحرارة بين وحدات البطارية.

(5) اختيار نقطة قياس المروحة ودرجة الحرارة.في هذه الوحدة، استخدم الباحثون عددًا كبيرًا من التجارب لإجراء الحسابات النظرية، ثم استخدموا أساليب ميكانيكا الموائع للحصول على قيم استهلاك طاقة المروحة.بعد ذلك، سيستخدم الباحثون عناصر محدودة للعثور على نقطة قياس درجة الحرارة الأكثر ملاءمة للحصول على بيانات درجة حرارة البطارية بدقة.