حلول الإدارة الحرارية لأنظمة البطاريات

ليس هناك شك في أن عامل درجة الحرارة له تأثير حاسم على أداء وعمر وسلامة بطاريات الطاقة.بشكل عام، نتوقع أن يعمل نظام البطارية في نطاق 15 ~ 35 درجة مئوية، وذلك لتحقيق أفضل إخراج وإدخال للطاقة، والحد الأقصى من الطاقة المتاحة، وأطول دورة حياة (على الرغم من أن التخزين في درجة حرارة منخفضة يمكن أن يطيل عمر التقويم للبطارية، ولكن ليس من المنطقي ممارسة التخزين في درجات حرارة منخفضة في التطبيقات، والبطاريات تشبه إلى حد كبير الأشخاص في هذا الصدد).

في الوقت الحاضر، يمكن تقسيم الإدارة الحرارية لنظام بطارية الطاقة بشكل أساسي إلى أربع فئات، التبريد الطبيعي، تبريد الهواء، التبريد السائل، والتبريد المباشر.من بينها، التبريد الطبيعي هو طريقة إدارة حرارية سلبية، في حين أن تبريد الهواء، والتبريد السائل، والتيار المباشر نشطة.والفرق الرئيسي بين هؤلاء الثلاثة هو الفرق في وسط التبادل الحراري.

· التبريد الطبيعي
لا يحتوي التبريد المجاني على أجهزة إضافية للتبادل الحراري.على سبيل المثال، اعتمدت BYD التبريد الطبيعي في Qin، Tang، Song، E6، Tengshi وغيرها من النماذج التي تستخدم خلايا LFP.ومن المعلوم أن متابعة BYD ستتحول إلى التبريد السائل للنماذج التي تستخدم البطاريات الثلاثية.

· تبريد الهواء (سخان الهواء بي تي سي)
يستخدم تبريد الهواء الهواء كوسيلة لنقل الحرارة.هناك نوعان شائعان.الأول يسمى تبريد الهواء السلبي، والذي يستخدم الهواء الخارجي مباشرة للتبادل الحراري.النوع الثاني هو تبريد الهواء النشط، والذي يمكنه تسخين أو تبريد الهواء الخارجي مسبقًا قبل الدخول إلى نظام البطارية.في الأيام الأولى، استخدمت العديد من النماذج الكهربائية اليابانية والكورية محاليل تبريد الهواء.

· التبريد السائل
يستخدم التبريد السائل مادة مضادة للتجمد (مثل جلايكول الإثيلين) كوسيلة لنقل الحرارة.توجد بشكل عام عدة دوائر مختلفة للتبادل الحراري في المحلول.على سبيل المثال، يحتوي VOLT على دائرة المبرد، ودائرة تكييف الهواء (تكييف الهواء بي تي سي) ودائرة PTC (سخان سائل التبريد PTC).يستجيب نظام إدارة البطارية ويقوم بالتعديل والتبديل وفقًا لاستراتيجية الإدارة الحرارية.يحتوي طراز TESLA Model S على دائرة متسلسلة مع تبريد المحرك.عندما تحتاج البطارية إلى التسخين عند درجة حرارة منخفضة، يتم توصيل دائرة تبريد المحرك على التوالي مع دائرة تبريد البطارية، ويمكن للمحرك تسخين البطارية.عندما تكون بطارية الطاقة في درجة حرارة عالية، سيتم ضبط دائرة تبريد المحرك ودائرة تبريد البطارية بالتوازي، وسوف يقوم نظاما التبريد بتبديد الحرارة بشكل مستقل.

1. مكثف الغاز

2. المكثف الثانوي

3. مروحة المكثف الثانوية

4. مروحة مكثف الغاز

5. حساس ضغط مكيف الهواء (جانب الضغط العالي)

6. حساس درجة حرارة مكيف الهواء (جانب الضغط العالي)

7. ضاغط مكيف الهواء الإلكتروني

8. حساس ضغط مكيف الهواء (جانب الضغط المنخفض)

9. مستشعر درجة حرارة مكيف الهواء (جانب الضغط المنخفض)

10. صمام التمدد (المبرد)

11. صمام التمدد (المبخر)

· التبريد المباشر
يستخدم التبريد المباشر مادة التبريد (مادة متغيرة الطور) كوسيط للتبادل الحراري.يمكن لسائل التبريد أن يمتص كمية كبيرة من الحرارة أثناء عملية الانتقال من الطور الغازي إلى السائل.بالمقارنة مع المبرد، يمكن زيادة كفاءة نقل الحرارة بأكثر من ثلاث مرات، ويمكن استبدال البطارية بسرعة أكبر.يتم التخلص من الحرارة داخل النظام.تم استخدام نظام التبريد المباشر في سيارة BMW i3.

 

بالإضافة إلى كفاءة التبريد، يحتاج مخطط الإدارة الحرارية لنظام البطارية إلى مراعاة اتساق درجة حرارة جميع البطاريات.يحتوي PACK على مئات الخلايا، ولا يستطيع مستشعر درجة الحرارة اكتشاف كل خلية.على سبيل المثال، هناك 444 بطارية في وحدة طراز Tesla Model S، ولكن تم ترتيب نقطتين فقط للكشف عن درجة الحرارة.لذلك، من الضروري جعل البطارية متسقة قدر الإمكان من خلال تصميم الإدارة الحرارية.يعد الاتساق الجيد لدرجة الحرارة شرطًا أساسيًا لمعلمات الأداء المتسقة مثل طاقة البطارية وعمرها وSOC.