ما هو نظام الإدارة الحرارية للبطارية؟

باعتبارها أحد المكونات الأساسية لنظام نقل الحركة في المركبات التجارية الكهربائية، فإن الوظيفة الرئيسية لحزمة بطارية الجر هي توفير الطاقة لدفع الشاحنة الكهربائية.

تعد درجة الحرارة عاملاً حاسماً يؤثر على أداء الشحن والتفريغ الطبيعي بالإضافة إلى نطاق مجموعة بطارية الجر. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة شديدة البرودة إلى تقليل نطاق السيارة بشكل كبير، في حين أن الحرارة الزائدة يمكن أن تؤثر على تبريد البطارية وتؤدي حتى إلى الانفلات الحراري أو الاحتراق.

من أجل الحفاظ على أداء مجموعات البطاريات بشكل جيد في مجموعة متنوعة من درجات الحرارة المحيطة، يقوم العديد من صانعي السيارات بتزويدها بأنظمة الإدارة الحرارية. إذن ماذا يفعل نظام الإدارة الحرارية؟ ما هي أنظمة الإدارة الحرارية السائدة في الشاحنات؟

مما لا شك فيه أن درجة حرارة البطارية أثناء الاستخدام ودرجة الحرارة المحيطة تعتبر في غاية الأهمية للشاحنات الكهربائية البحتة، كما أن بعض البيئات القاسية، مثل الحرارة الشديدة أو البرودة، قد تسبب تلف البطارية، مما يؤدي بدوره إلى تقليل الأداء والخدمة عمر البطارية.

على الرغم من أن معظم الشاحنات الكهربائية النقية قد ألغت التصميم التقليدي للشبكة المفتوحة الكبيرة الموجود في المركبات التقليدية التي تعمل بالوقود واستبدلته بتصميم مغلق، إلا أن الشاحنات الكهربائية لا تزال تولد الحرارة من أنظمة نقل الحركة الخاصة بها أثناء التشغيل. ولذلك، فإنها لا تزال تتطلب مستوى معين من التبريد.

إذا ارتفعت درجة حرارة البطارية أثناء الاستخدام، فقد يكون لذلك تأثير سلبي على أداء سلامة البطارية وعمرها الإجمالي. بالإضافة إلى ذلك، عند تشغيل الشاحنات الكهربائية في المناطق الباردة خلال فصل الشتاء، يمكن أن ينخفض ​​أداء البطارية وكفاءتها. والنتيجة الأكثر مباشرة هي انخفاض كبير في نطاق السيارة، وفي درجات حرارة منخفضة للغاية، قد تواجه الشاحنات الكهربائية شحنًا بطيئًا أو حتى صعبًا.

ومن المؤكد أن المحرك الكهربائي يحتاج أيضًا إلى نظام تبريد لتبديد الحرارة. في الوقت الحالي، تم تجهيز العديد من الشاحنات الكهربائية النقية بمحركات متزامنة ذات مغناطيس دائم، والتي لا تزال تتطلب نظام تبريد لتبديد الحرارة تحت الأحمال الثقيلة، مثل تسلق المنحدرات. إذا كان المحرك يعمل في درجات حرارة عالية لفترة طويلة، فقد يؤدي ذلك إلى إزالة مغناطيس المغناطيس الدائم للمحرك، مما يسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه.

يعد تطبيق أنظمة الإدارة الحرارية للبطارية أحد التقنيات الرئيسية لضمان التشغيل الطبيعي لبطاريات الجر تحت درجات حرارة وظروف مختلفة في السيارات الكهربائية. فهو يسمح بتعظيم استخدام طاقة البطارية للمساعدة في القيادة. الغرض الرئيسي من هذه الأنظمة هو الحفاظ على درجة حرارة البطارية ضمن نطاق مناسب، مما يتيح لمجموعة البطارية تحقيق الأداء الأمثل.

على سبيل المثال، يمكن لنظام الإدارة الحرارية ضبط درجة الحرارة الداخلية للبطارية بناءً على درجات الحرارة البيئية المختلفة، وبالتالي تقليل تأثير درجة الحرارة الخارجية على أداء البطارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام الإدارة الحرارية منع تكوين نقاط اتصال محلية وتقليل التغيرات في درجات الحرارة داخل حزمة البطارية، مما يخفف من الآثار الضارة الناجمة عن ارتفاع درجة الحرارة الموضعية.

في سوق المركبات التجارية الحالي، يمكن تصنيف حلول الإدارة الحرارية للبطارية السائدة على نطاق واسع إلى نوعين: تبريد الهواء والتبريد السائل. يستخدم تبريد الهواء في الغالب في الشاحنات الكهربائية الصغيرة والشاحنات الخفيفة، في حين يتم تطبيق التبريد السائل بشكل أكثر شيوعًا في الشاحنات الكهربائية الثقيلة ومقطورات الجرارات الكهربائية التي تتطلب إنتاج طاقة أعلى.

تبريد الهواء، يستخدم تدفق الهواء الطبيعي لتبديد الحرارة من البطارية. هناك أيضًا نسخة مطورة من نظام تبريد الهواء، حيث تتم إضافة مواد موصلة للحرارة إلى الأقطاب الكهربائية الموجودة على طرفي خلايا البطارية. وهذا يسمح بنقل الحرارة عبر المواد الموصلة إلى الغلاف المعدني لتبديد الحرارة بشكل أكثر كفاءة. يوفر نظام تبريد الهواء المطور كفاءة أفضل في تبديد الحرارة.

تكمن مزايا تبريد الهواء بشكل أساسي في هيكله البسيط، وتكلفته المنخفضة، وعدم وجود تسرب محتمل للسوائل، مما يعزز الموثوقية الإجمالية. بشكل عام، بالنسبة للشاحنات الكهربائية الصغيرة والشاحنات الكهربائية الخفيفة التي تعطي الأولوية لمزايا السعر، من الواضح أن الإدارة الحرارية لتبريد الهواء هي خيار أكثر ملاءمة.

في حين أن تكنولوجيا تبريد الهواء، التي تعتمد على الهواء كوسيط، توفر بعض المزايا من حيث التكلفة، إلا أن لها أيضًا عيوبًا ملحوظة. كفاءة التبريد منخفضة نسبيًا، وتأثير التبريد الإجمالي معتدل لأنه يعتمد فقط على تدفق الهواء الخارجي لتبديد الحرارة. فعالية التبريد محدودة، خاصة أثناء عمليات تفريغ الطاقة العالية. بالإضافة إلى ذلك، يتأثر تبريد الهواء بشكل مباشر بدرجات الحرارة الخارجية، خاصة في الظروف الجوية شديدة الحرارة أو البرودة، مما قد يؤثر على تبديد حرارة البطارية وكفاءة النقل إلى حد ما.

بالمقارنة مع الشاحنات الكهربائية المزودة بتبريد الهواء لإدارة حرارة البطارية، يوفر التبريد السائل تبديدًا للحرارة وعزلًا أكثر فعالية. يتضمن مبدأ التبريد السائل تدوير سائل التبريد داخل دائرة سائل التبريد داخل حزمة البطارية لإزالة الحرارة المتولدة أثناء تشغيل البطارية، وبالتالي توفير تبديد حرارة فعال للبطارية.

بعبارات بسيطة، يتضمن التبريد السائل ترتيب خطوط أنابيب متعددة داخل حزمة البطارية. عندما يكون التبريد مطلوبًا، يتم ضخ المبرد في هذه الأنابيب، ويتم نقل الحرارة الناتجة عن البطارية بعيدًا من خلال نظام تدوير المياه، مما يحقق تأثير التبريد.

بالإضافة إلى تبديد الحرارة الأكثر كفاءة لحزمة البطارية، تتضمن بعض أنظمة الإدارة الحرارية للتبريد السائل أيضًا إمكانات تسخين البطارية. وهذا يسمح للبطارية بالوصول بسرعة إلى درجة حرارة التشغيل المثالية حتى في البيئات الباردة. ومن الواضح أن التبريد السائل يوفر كفاءة أعلى وأكثر قوة في تبديد الحرارة مقارنة بتبريد الهواء. حتى في ظل الأحمال الثقيلة أو مخرجات الطاقة العالية، عندما يكون حمل طاقة البطارية مفرطًا، يمكن لنظام تدوير مياه التبريد السائل تبريد حزمة البطارية على الفور. بالإضافة إلى ذلك، يوفر التبريد السائل تبديدًا موحدًا للحرارة، ويقلل من اختلافات درجات الحرارة بين خلايا البطارية، ويعزز بشكل فعال استقرار حزمة البطارية وعمرها.

يمكن لحلول الإدارة الحرارية للتبريد السائل التحكم بشكل أكثر كفاءة في درجة حرارة البطارية ضمن نطاق معقول، وبالتالي تحسين كفاءة العمل والاستقرار والمتانة لحزمة البطارية. ومع ذلك، من حيث تكاليف الشراء، فإن الشاحنات الكهربائية المجهزة بالتبريد السائل أغلى بشكل ملحوظ من تلك المزودة بتبريد الهواء. التصميم العام أكثر تعقيدًا أيضًا. إذا كانت بيئة التشغيل لديك تتمتع بدرجات حرارة مناسبة ولديك عادات قيادة جيدة، فإن استخدام تبريد الهواء يعد كافيًا تمامًا.

تقوم العديد من الشركات المصنعة الآن بتجهيز حزم البطاريات لكل من الشاحنات الكهربائية الصغيرة والشاحنات الكهربائية الخفيفة بوظائف التدفئة. المبدأ الكامن وراء ذلك هو توفير تسخين إضافي للبطارية باستخدام عناصر تسخين كهربائية، مما يضمن تسخين البطارية ومنعها من العمل في درجات حرارة منخفضة للغاية. وهذا يساعد على تحسين كفاءة البطارية. تعمل وظيفة تسخين البطارية على تمكين البطارية من العمل بكفاءة أكبر، وبالتالي زيادة نطاق القيادة وتقليل حدوث تدهور مفرط في أداء البطارية.

خطوط تبريد السائل محفوظة ولكن لا يتم توصيلها بالأنابيب▲

بالنسبة لشاحنات الطاقة الجديدة، يعد نظام الإدارة الحرارية الفعال للبطارية أمرًا في غاية الأهمية وله تأثير كبير على تجربة القيادة.