تتجلى أهمية مركبات الطاقة الجديدة مقارنةً بالمركبات التقليدية في الجوانب التالية: أولاً، منع ارتفاع درجة حرارة مركبات الطاقة الجديدة بشكل مفاجئ. تشمل أسباب ارتفاع درجة الحرارة المفاجئ عوامل ميكانيكية وكهربائية (مثل اصطدام البطارية أو تلفها) وعوامل كيميائية كهربائية (مثل الشحن الزائد والتفريغ الزائد للبطارية، والشحن السريع، والشحن في درجات حرارة منخفضة، والماس الكهربائي الداخلي). قد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة المفاجئ إلى اشتعال بطارية الطاقة أو حتى انفجارها، مما يُشكل خطرًا على سلامة الركاب. ثانيًا، تتراوح درجة حرارة التشغيل المثلى لبطارية الطاقة بين 10 و30 درجة مئوية. تضمن الإدارة الحرارية الدقيقة للبطارية عمرها الافتراضي، وبالتالي إطالة عمر بطاريات مركبات الطاقة الجديدة. ثالثًا، تفتقر مركبات الطاقة الجديدة، مقارنةً بمركبات الوقود، إلى مصدر طاقة ضواغط التكييف، ولا يمكنها الاعتماد على الحرارة المهدرة من المحرك لتدفئة المقصورة، بل تعتمد فقط على الطاقة الكهربائية لتنظيم الحرارة، مما يُقلل بشكل كبير من مدى سيرها. لذلك، أصبحت الإدارة الحرارية لمركبات الطاقة الجديدة هي المفتاح لحل قيود مركبات الطاقة الجديدة.
يُعدّ الطلب على أنظمة إدارة الحرارة في مركبات الطاقة الجديدة أعلى بكثير من الطلب على مركبات الوقود التقليدية. تهدف أنظمة إدارة الحرارة في السيارات إلى التحكم في حرارة المركبة ككل وحرارة البيئة المحيطة بها، والحفاظ على عمل كل مكون ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل، مع ضمان سلامة وراحة القيادة في الوقت نفسه. تشمل أنظمة إدارة الحرارة في مركبات الطاقة الجديدة بشكل أساسي نظام تكييف الهواء ونظام إدارة حرارة البطارية.HVCHنظام التحكم الإلكتروني للمحرك. بالمقارنة مع السيارات التقليدية، أُضيفت وحدات إدارة حرارية للبطارية ووحدات التحكم الإلكتروني للمحرك إلى نظام إدارة الحرارة في مركبات الطاقة الجديدة. تشمل إدارة الحرارة في السيارات التقليدية بشكل أساسي تبريد المحرك وعلبة التروس، بالإضافة إلى إدارة حرارة نظام التكييف. تستخدم سيارات الوقود غاز التبريد لتوفير التبريد للمقصورة، وتُسخّن المقصورة باستخدام الحرارة المهدرة من المحرك، بينما يُبرّد المحرك وعلبة التروس عن طريق التبريد السائل أو التبريد الهوائي. بالمقارنة مع السيارات التقليدية، يتمثل التغيير الرئيسي في مركبات الطاقة الجديدة في مصدر الطاقة. لا تحتوي مركبات الطاقة الجديدة على محركات لتوفير الحرارة، ويتم تحقيق تدفئة التكييف من خلال نظام تكييف الهواء PTC أو مضخة حرارية. تتطلب مركبات الطاقة الجديدة تبريدًا إضافيًا للبطاريات وأنظمة التحكم الإلكتروني للمحرك، لذا فإن إدارة الحرارة فيها أكثر تعقيدًا من سيارات الوقود التقليدية.
أدى تعقيد إدارة الحرارة في مركبات الطاقة الجديدة إلى زيادة قيمة نظام إدارة الحرارة في المركبة الواحدة. وتُقدّر قيمة نظام إدارة الحرارة في المركبة الواحدة بضعفين إلى ثلاثة أضعاف قيمة السيارة التقليدية. وبالمقارنة مع السيارات التقليدية، فإن الزيادة في قيمة مركبات الطاقة الجديدة تأتي بشكل رئيسي من تبريد البطاريات بالسوائل، ومكيفات الهواء التي تعمل بمضخات الحرارة.سخانات سائل التبريد PTC، إلخ.
حل التبريد السائل محل التبريد الهوائي كتقنية رئيسية للتحكم في درجة الحرارة، ومن المتوقع أن يحقق التبريد المباشر طفرات تكنولوجية
تتضمن طرق إدارة الحرارة الشائعة للبطاريات أربعة أنواع رئيسية: التبريد الهوائي، والتبريد السائل، والتبريد باستخدام مواد تغيير الطور، والتبريد المباشر. كانت تقنية التبريد الهوائي هي السائدة في الطرازات الأولى، بينما أصبحت تقنية التبريد السائل هي الأكثر استخدامًا تدريجيًا نظرًا لقدرتها على توفير تبريد متجانس. ونظرًا لتكلفتها العالية، تُستخدم تقنية التبريد السائل في الغالب في الطرازات المتطورة، ومن المتوقع أن تُستخدم في الطرازات الأقل تكلفة مستقبلًا.
التبريد بالهواء (سخان هواء PTCتُعدّ التبريد الهوائي طريقةً لتبريد البطاريات، حيث يُستخدم الهواء كوسيط لنقل الحرارة، ويقوم الهواء بسحب حرارة البطارية مباشرةً عبر مروحة العادم. ولتحقيق ذلك، من الضروري زيادة المسافة بين مشتتات الحرارة، وبين مشتتات الحرارة والبطاريات قدر الإمكان، ويمكن استخدام قنوات توصيل متسلسلة أو متوازية. ونظرًا لأن التوصيل المتوازي يُحقق تبديدًا حراريًا متجانسًا، فإن معظم أنظمة التبريد الهوائي الحالية تعتمد هذا النوع من التوصيل.
تستخدم تقنية التبريد السائل تبادل الحرارة بالحمل الحراري السائل لإزالة الحرارة المتولدة من البطارية وخفض درجة حرارتها. يتميز الوسط السائل بمعامل نقل حرارة عالٍ، وسعة حرارية كبيرة، وسرعة تبريد فائقة، مما يُسهم بشكل كبير في خفض درجة الحرارة القصوى وتحسين تجانس توزيع الحرارة داخل حزمة البطارية. في الوقت نفسه، يكون حجم نظام إدارة الحرارة صغيرًا نسبيًا. في حالة ظهور بوادر الهروب الحراري، يعتمد حل التبريد السائل على تدفق كبير لوسط التبريد لإجبار حزمة البطارية على تبديد الحرارة وإعادة توزيعها بين وحدات البطارية، مما يُسهم في كبح التدهور المستمر للهروب الحراري وتقليل خطر حدوثه. يتميز نظام التبريد السائل بمرونة أكبر في التصميم: حيث يمكن غمر خلايا أو وحدات البطارية في السائل، أو إنشاء قنوات تبريد بين وحدات البطارية، أو استخدام لوحة تبريد في أسفل البطارية. تتطلب طريقة التبريد السائل مستوى عالٍ من إحكام إغلاق النظام. يشير تبريد المواد ذات التغير الطوري إلى عملية تغيير حالة المادة وتوفير حرارة كامنة دون تغيير درجة الحرارة أو الخصائص الفيزيائية. تمتص هذه العملية أو تطلق كمية كبيرة من الحرارة الكامنة لتبريد البطارية. مع ذلك، بعد اكتمال التغير الطوري للمادة، لا يمكن إزالة حرارة البطارية بكفاءة.
تعتمد طريقة التبريد المباشر (التبريد المباشر بالمبرد) على مبدأ الحرارة الكامنة لتبخر المبردات (R134a، وما إلى ذلك) لإنشاء نظام تكييف هواء في السيارة أو نظام البطارية، ويتم تركيب مبخر نظام تكييف الهواء في نظام البطارية، ويتبخر المبرد الموجود في المبخر بسرعة وكفاءة، مما يؤدي إلى إزالة حرارة نظام البطارية، وبالتالي إكمال عملية تبريد نظام البطارية.
تاريخ النشر: 25 يونيو 2024
