في الوقت الراهن، يتزايد التلوث العالمي يوماً بعد يوم. وقد أدت انبعاثات عوادم المركبات التي تعمل بالوقود التقليدي إلى تفاقم تلوث الهواء وزيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية. وأصبح ترشيد استهلاك الطاقة وخفض الانبعاثات قضية رئيسية تثير قلق المجتمع الدولي.HVCHتستحوذ مركبات الطاقة الجديدة على حصة كبيرة نسبياً في سوق السيارات نظراً لكفاءتها العالية، وطاقتها الكهربائية النظيفة وغير الملوثة. وتُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع كمصدر رئيسي للطاقة في المركبات الكهربائية بالكامل، وذلك بفضل طاقتها النوعية العالية وعمرها الطويل.
تُنتج بطاريات الليثيوم أيون كمية كبيرة من الحرارة أثناء التشغيل والتفريغ، مما يؤثر سلبًا على أدائها وعمرها الافتراضي. تتراوح درجة حرارة تشغيلها بين 0 و50 درجة مئوية، بينما تُعدّ 20 إلى 40 درجة مئوية هي الأمثل. يؤدي تراكم الحرارة في البطارية فوق 50 درجة مئوية إلى تآكلها، وقد تتعرض للانفجار عند تجاوزها 80 درجة مئوية.
تركز هذه الورقة البحثية على الإدارة الحرارية للبطاريات، وتلخص تقنيات التبريد وتبديد الحرارة لبطاريات الليثيوم أيون أثناء التشغيل، وذلك من خلال دمج مختلف أساليب وتقنيات تبديد الحرارة المحلية والعالمية. وبالتركيز على التبريد الهوائي، والتبريد السائل، والتبريد بتغيير الطور، يتم استعراض التقدم الحالي في تقنيات تبريد البطاريات، بالإضافة إلى الصعوبات التقنية الراهنة، كما تُقترح مواضيع بحثية مستقبلية في مجال الإدارة الحرارية للبطاريات.
التبريد بالهواء
يُستخدم التبريد الهوائي للحفاظ على البطارية في بيئة العمل وتبادل الحرارة عبر الهواء، ويشمل ذلك بشكل أساسي التبريد بالهواء القسري.سخان هواء PTCوالرياح الطبيعية. من مزايا التبريد الهوائي انخفاض التكلفة، وتعدد الاستخدامات، وارتفاع مستوى الأمان. مع ذلك، بالنسبة لحزم بطاريات الليثيوم أيون، يتميز التبريد الهوائي بكفاءة منخفضة في نقل الحرارة، وعرضة لتوزيع غير متجانس لدرجة الحرارة داخل حزمة البطارية، أي ضعف تجانس درجة الحرارة. يُعاني التبريد الهوائي من بعض القيود نظرًا لانخفاض سعته الحرارية النوعية، لذا يتطلب استخدامه بالتزامن مع طرق تبريد أخرى. يرتبط تأثير التبريد الهوائي بشكل أساسي بترتيب البطارية ومساحة التلامس بين قناة تدفق الهواء والبطارية. يعمل نظام إدارة الحرارة للبطاريات المبردة بالهواء المتوازي على تحسين كفاءة التبريد للنظام من خلال تغيير توزيع المسافة بين البطاريات في حزمة البطارية ضمن نظام التبريد الهوائي المتوازي.
التبريد السائل
تأثير عدد قنوات التبريد وسرعة التدفق على تأثير التبريد
التبريد السائل (سخان سائل التبريد PTCيُستخدم التبريد السائل على نطاق واسع في تبديد حرارة بطاريات السيارات نظرًا لأدائه الممتاز في تبديد الحرارة وقدرته على الحفاظ على تجانس درجة حرارة البطارية. وبالمقارنة مع التبريد الهوائي، يتميز التبريد السائل بأداء أفضل في نقل الحرارة. ويتحقق تبديد الحرارة عن طريق تدفق وسيط التبريد في القنوات المحيطة بالبطارية أو عن طريق غمر البطارية في وسيط التبريد لامتصاص الحرارة. يتمتع التبريد السائل بالعديد من المزايا من حيث كفاءة التبريد واستهلاك الطاقة، وقد أصبح الأسلوب السائد في إدارة حرارة البطاريات. وتُستخدم تقنية التبريد السائل حاليًا في سيارات مثل أودي A3 وتيسلا موديل S. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على فعالية التبريد السائل، بما في ذلك شكل أنبوب التبريد، ومادته، ووسيط التبريد، ومعدل التدفق، وانخفاض الضغط عند المخرج. وباعتبار عدد قنوات التبريد ونسبة طولها إلى قطرها متغيرات، دُرست تأثيرات هذه المعايير الهيكلية على قدرة التبريد للنظام عند معدل تفريغ 2C من خلال تغيير ترتيب مداخل قنوات التبريد. مع زيادة نسبة الارتفاع، تنخفض درجة الحرارة القصوى لحزمة بطاريات الليثيوم أيون، ولكن عدد العدائين يزداد إلى حد معين، ويصبح انخفاض درجة حرارة البطارية أصغر أيضًا.
تاريخ النشر: 7 أبريل 2023