التقدم البحثي في ​​تكنولوجيا إدارة الحرارة للمركبات الكهربائية

2. مرحلة التسخين الأولى PTC
في المرحلة الأولى من تصنيع المركبات الكهربائية، تعتمد التقنية الأساسية بشكل رئيسي على استبدال البطاريات والمحركات وأنظمة الطاقة الأخرى، مع إجراء تحسينات تدريجية. يعمل مكيف الهواء في كل من المركبات الكهربائية والمركبات التي تعمل بالوقود على تبريد الهواء من خلال دورة ضغط البخار. ويكمن الفرق بينهما في أن ضاغط مكيف الهواء في المركبات التي تعمل بالوقود يُدار بشكل غير مباشر بواسطة المحرك عبر سير، بينما تستخدم المركبات الكهربائية ضاغط المحرك الكهربائي مباشرةً لتشغيل دورة التبريد. عند تسخين المركبات التي تعمل بالوقود في فصل الشتاء، تُستخدم الحرارة المهدرة من المحرك مباشرةً لتدفئة مقصورة الركاب دون الحاجة إلى مصدر حرارة إضافي. ومع ذلك، لا تكفي الحرارة المهدرة من محرك المركبات الكهربائية لتلبية احتياجات التدفئة الشتوية. لذلك، تُعد التدفئة الشتوية مشكلة تحتاج المركبات الكهربائية إلى حل. يتكون سخان معامل درجة الحرارة الموجب (PTC) من عنصر تسخين سيراميكي PTC وأنبوب ألومنيوم (سخان سائل التبريد PTC/سخان هواء PTC)، والذي يتميز بمزايا المقاومة الحرارية المنخفضة وكفاءة نقل الحرارة العالية، ويستخدم في قاعدة هيكل المركبات التي تعمل بالوقود. لذلك، استخدمت المركبات الكهربائية المبكرة دورة تبريد ضغط البخار بالإضافة إلى تسخين PTC لتحقيق الإدارة الحرارية لمقصورة الركاب.

2.1 تطبيق تقنية المضخات الحرارية في المرحلة الثانية
في الاستخدام الفعلي، تستهلك المركبات الكهربائية كميات كبيرة من طاقة التدفئة في فصل الشتاء. من الناحية الديناميكية الحرارية، يكون معامل الأداء (COP) لأنظمة التدفئة بتقنية PTC أقل من 1، مما يؤدي إلى ارتفاع استهلاك الطاقة وانخفاض معدل استغلالها، وهو ما يحدّ بشكل كبير من مدى سير المركبات الكهربائية. تستخدم تقنية المضخات الحرارية دورة ضغط البخار لاستغلال الحرارة المنخفضة في البيئة، ويكون معامل الأداء النظري أثناء التدفئة أكبر من 1. لذلك، يمكن استخدام نظام المضخات الحرارية بدلاً من نظام PTC لزيادة مدى سير المركبات الكهربائية في ظروف التدفئة. مع استمرار تحسين سعة وقدرة بطارية الطاقة، يتزايد الحمل الحراري أثناء تشغيلها تدريجيًا. لا يستطيع نظام التبريد الهوائي التقليدي تلبية متطلبات التحكم في درجة حرارة البطارية. لذلك، أصبح التبريد السائل الطريقة الرئيسية للتحكم في درجة حرارة البطارية. علاوة على ذلك، نظرًا لأن درجة الحرارة المريحة التي يحتاجها جسم الإنسان مشابهة لدرجة الحرارة التي تعمل عندها بطارية الطاقة بشكل طبيعي، يمكن تلبية متطلبات تبريد مقصورة الركاب وبطارية الطاقة عن طريق توصيل مبادلات حرارية بالتوازي في نظام المضخة الحرارية لمقصورة الركاب. يتم التخلص من حرارة بطارية الطاقة بشكل غير مباشر بواسطة المبادل الحراري ونظام التبريد الثانوي، وقد تحسنت درجة تكامل نظام إدارة الحرارة في المركبة الكهربائية. مع ذلك، ورغم تحسن درجة التكامل، فإن نظام إدارة الحرارة في هذه المرحلة يقتصر فقط على دمج تبريد البطارية ومقصورة الركاب، ولم يتم استغلال الحرارة المهدرة من البطارية والمحرك بشكل فعال.