تقنية إدارة الحرارة للسيارات الكهربائية بالكامل

لا يقتصر دور نظام إدارة الحرارة في المركبات الكهربائية بالكامل على ضمان بيئة قيادة مريحة للسائق فحسب، بل يشمل أيضاً التحكم في درجة الحرارة والرطوبة ودرجة حرارة الهواء المُزوَّد، وغيرها من العوامل الداخلية. ويُعنى هذا النظام بشكل أساسي بالتحكم في درجة حرارة بطارية الطاقة، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان سلامة المركبة الكهربائية، ويُعدّ شرطاً أساسياً لتشغيلها بكفاءة وأمان.

توجد العديد من طرق التبريد لبطاريات الطاقة، والتي يمكن تقسيمها إلى التبريد بالهواء، والتبريد بالسائل، والتبريد بمشتت الحرارة، والتبريد بمواد تغيير الطور، والتبريد بأنابيب الحرارة.

إن درجة الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا ستؤثر على أداء بطاريات الليثيوم أيون، ولكن درجات الحرارة المختلفة لها تأثيرات مختلفة على البنية الداخلية للبطارية والتفاعلات الكيميائية للأيونات.

في درجات الحرارة المنخفضة، تكون الموصلية الأيونية للإلكتروليت منخفضة أثناء الشحن والتفريغ، وتكون المعاوقة عند سطح التماس بين القطب الموجب والإلكتروليت، وكذلك عند سطح التماس بين القطب السالب والإلكتروليت، مما يؤثر على مقاومة نقل الشحنة على سطحي القطبين الموجب والسالب، وعلى سرعة انتشار أيونات الليثيوم في القطب السالب، وبالتالي يؤثر على مؤشرات رئيسية مثل معدل تفريغ البطارية وكفاءة الشحن والتفريغ. عند درجات الحرارة المنخفضة، يتصلب جزء من المذيب في إلكتروليت البطارية، مما يُصعّب هجرة أيونات الليثيوم. ومع انخفاض درجة الحرارة، تستمر مقاومة التفاعل الكهروكيميائي لملح الإلكتروليت في الازدياد، بينما يستمر ثابت تفكك أيوناته في الانخفاض. هذه العوامل تؤثر بشكل كبير على معدل حركة الأيونات في الإلكتروليت، مما يقلل من معدل التفاعل الكهروكيميائي. وأثناء عملية شحن البطارية في درجات الحرارة المنخفضة، يؤدي صعوبة انتقال أيونات الليثيوم إلى اختزالها إلى تفرعات معدنية، مما ينتج عنه تحلل الإلكتروليت وزيادة الاستقطاب التركيزي. علاوة على ذلك، يمكن للزوايا الحادة لهذه التفرعات المعدنية أن تخترق بسهولة الفاصل الداخلي للبطارية، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي داخلها، وبالتالي وقوع حادث خطير.

لن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تصلب مذيب الإلكتروليت، ولن تقلل من معدل انتشار أيونات ملح الإلكتروليت؛ بل على العكس، ستزيد من نشاط التفاعل الكهروكيميائي للمادة، وتزيد من معدل انتشار الأيونات، وتسرع من هجرة أيونات الليثيوم، لذا يمكن القول إن درجات الحرارة المرتفعة تُحسّن أداء شحن وتفريغ بطاريات الليثيوم أيون. مع ذلك، عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا، فإنها ستُسرّع من تفاعل تحلل طبقة SEI، والتفاعل بين الكربون المُدمج بالليثيوم والإلكتروليت، والتفاعل بين الكربون المُدمج بالليثيوم والمادة اللاصقة، وتفاعل تحلل الإلكتروليت، وتفاعل تحلل مادة الكاثود، مما يؤثر سلبًا على عمر البطارية وأدائها. جميع التفاعلات المذكورة أعلاه غير قابلة للانعكاس تقريبًا. عندما يتسارع معدل التفاعل، ستنخفض المواد المتاحة للتفاعلات الكهروكيميائية العكسية داخل البطارية بسرعة، مما يؤدي إلى انخفاض أداء البطارية في فترة قصيرة. وعندما تستمر درجة حرارة البطارية في الارتفاع متجاوزةً درجة حرارة الأمان، يحدث تفاعل تحلل تلقائي للإلكتروليت والأقطاب الكهربائية داخل البطارية، مما يُولّد كمية كبيرة من الحرارة في فترة وجيزة، أي يحدث عطل حراري للبطارية، ما يؤدي إلى تلفها بالكامل. ونظرًا لصغر حجم صندوق البطارية، يصعب تبديد الحرارة في الوقت المناسب، فتتراكم بسرعة كبيرة. وهذا يُرجّح بشدة أن يتسبب في انتشار سريع للعطل الحراري، ما يؤدي إلى انبعاث دخان من البطارية، أو اشتعالها تلقائيًا، أو حتى انفجارها.