تتميز مكيفات الهواء التقليدية التي تعمل بمضخات الحرارة بكفاءة تدفئة منخفضة وقدرة تدفئة غير كافية في البيئات الباردة، مما يحد من استخداماتها في المركبات الكهربائية. ولذلك، طُوّرت وطُبّقت سلسلة من الطرق لتحسين أداء هذه المكيفات في درجات الحرارة المنخفضة. فمن خلال زيادة دائرة التبادل الحراري الثانوية بشكل مدروس، مع تبريد بطارية الطاقة ونظام المحرك، يُعاد تدوير الحرارة المتبقية لتحسين قدرة التدفئة في المركبات الكهربائية في درجات الحرارة المنخفضة. تُظهر النتائج التجريبية تحسنًا ملحوظًا في قدرة التدفئة لمكيفات الهواء التي تعمل بمضخات الحرارة المُستعادة مقارنةً بمكيفات الهواء التقليدية. وقد استُخدمت مضخة الحرارة المُستعادة، ذات درجة الربط الأعمق بين كل نظام فرعي لإدارة الحرارة ونظام إدارة الحرارة في المركبة، بدرجة تكامل أعلى في سيارتي تسلا موديل Y وفولكس فاجن ID4. كما طُبّقت هذه المضخة في طرازات أخرى (كما هو موضح على اليمين). مع ذلك، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة منخفضة وكمية استعادة الحرارة المهدرة قليلة، لا تكفي استعادة الحرارة المهدرة وحدها لتلبية الطلب على سعة التدفئة في البيئات منخفضة الحرارة، ولا تزال هناك حاجة إلى سخانات PTC لتعويض نقص سعة التدفئة في الحالات المذكورة. ولكن مع التحسن التدريجي لمستوى تكامل الإدارة الحرارية في المركبات الكهربائية، أصبح من الممكن زيادة كمية استعادة الحرارة المهدرة من خلال زيادة الحرارة المولدة من المحرك بشكل معقول، مما يزيد من سعة التدفئة ومعامل الأداء (COP) لنظام المضخة الحرارية، ويتجنب استخدامسخان سائل التبريد PTC/سخان هواء PTCمع تقليل نسبة شغل حيز نظام إدارة الحرارة، يلبي هذا النظام احتياجات التدفئة للمركبات الكهربائية في البيئات منخفضة الحرارة. فبالإضافة إلى استعادة الحرارة المهدرة من البطاريات وأنظمة المحركات واستخدامها، يُعدّ استخدام الهواء الراجع وسيلةً أخرى لتقليل استهلاك الطاقة لنظام إدارة الحرارة في هذه الظروف. تُظهر نتائج البحث أنه في البيئات منخفضة الحرارة، يمكن لتدابير الاستخدام الأمثل للهواء الراجع أن تُقلل من سعة التدفئة المطلوبة للمركبات الكهربائية بنسبة تتراوح بين 46% و62%، مع تجنب تكثف الضباب والصقيع على النوافذ، كما يمكنها خفض استهلاك طاقة التدفئة بنسبة تصل إلى 40%. وقد طورت شركة دينسو اليابانية أيضًا هيكلًا مزدوج الطبقات للهواء الراجع/الهواء النقي، مما يُقلل من فقدان الحرارة الناتج عن التهوية بنسبة 30% ويمنع تكثف الضباب. في هذه المرحلة، تتحسن قدرة نظام إدارة الحرارة للمركبات الكهربائية على التكيف مع الظروف البيئية القاسية تدريجيًا، ويتجه نحو التكامل والاستدامة.
لتحسين كفاءة إدارة الحرارة للبطارية في ظروف الطاقة العالية وتقليل تعقيدها، يُعدّ أسلوب التحكم المباشر في درجة حرارة البطارية، الذي يعتمد على التبريد والتدفئة المباشرين، حلاً تقنياً قائماً، حيث يتم فيه إرسال المُبرّد مباشرةً إلى حزمة البطارية لتبادل الحرارة. يوضح الشكل على اليمين تكوين إدارة الحرارة للتبادل الحراري المباشر بين حزمة البطارية والمُبرّد. تُحسّن تقنية التبريد المباشر كفاءة التبادل الحراري ومعدله، وتُحقق توزيعاً أكثر تجانساً لدرجة الحرارة داخل البطارية، وتُقلل من الدائرة الثانوية، وتزيد من استعادة الحرارة المهدرة في النظام، مما يُحسّن أداء التحكم في درجة حرارة البطارية. مع ذلك، ونظراً لتقنية التبادل الحراري المباشر بين البطارية والمُبرّد، يلزم زيادة التبريد والتدفئة من خلال عمل نظام المضخة الحرارية. من جهة أخرى، يُحدّ من التحكم في درجة حرارة البطارية بدء تشغيل وإيقاف نظام تكييف الهواء بالمضخة الحرارية، مما يؤثر على أداء دائرة المُبرّد. من ناحية أخرى، فإنها تحد أيضاً من استخدام مصادر التبريد الطبيعية في المواسم الانتقالية، لذا لا تزال هذه التقنية بحاجة إلى مزيد من البحث والتحسين وتقييم التطبيق.
التقدم البحثي للمكونات الرئيسية
نظام إدارة الحرارة في المركبات الكهربائية (HVCHيتكون نظام المضخة الحرارية من عدة مكونات، تشمل بشكل رئيسي الضواغط الكهربائية، والصمامات الإلكترونية، والمبادلات الحرارية، وخطوط الأنابيب المختلفة، وخزانات السوائل. وتُعد الضواغط والصمامات الإلكترونية والمبادلات الحرارية من المكونات الأساسية لهذا النظام. ومع استمرار تزايد الطلب على المركبات الكهربائية خفيفة الوزن، وتعمق تكامل الأنظمة، تتطور مكونات إدارة الحرارة في هذه المركبات نحو مزيد من الخفة والتكامل والتصميم المعياري. ولتحسين أداء المركبات الكهربائية في الظروف القاسية، يجري تطوير وتطبيق مكونات قادرة على العمل بكفاءة في هذه الظروف، وتلبي متطلبات أداء إدارة الحرارة في السيارات.
تاريخ النشر: 4 أبريل 2023
