معلومات الإدارة الحرارية لصناعة الطاقة الجديدة

وبدعم من السياسات الوطنية وفي مواجهة استنزاف مصادر الطاقة التقليدية، تتطور مركبات الطاقة الجديدة بسرعة متزايدة وتصبح أكثر نضجا.ووفقا لبيانات من أخبار السيارات الصينية، في نهاية عام 2022، وصلت سيارات الطاقة الجديدة في سوق السيارات في الصين إلى مستويات قياسية.وفي الفترة من يناير إلى نوفمبر، أكمل إنتاج ومبيعات مركبات الطاقة الجديدة 6.253 مليون و6.067 مليون على التوالي، بزيادة سنوية قدرها 100%، ووصلت حصة السوق إلى 25%، وكلاهما وصل إلى مستويات قياسية.ومع استمرار تزايد الطلب في السوق، يتم أيضًا فرض متطلبات أعلى على موثوقية المنتج.باعتبارها العنصر الأكثر أهمية في مركبات الطاقة الجديدة، فإن متانة البطارية وعمرها هي القضايا الأكثر اهتمامًا بالمستخدمين.تعد الإدارة الحرارية للبطارية إحدى التقنيات الأساسية التي تؤثر على عمر خدمة البطارية وعمر البطارية المنخفض الحرارة.

الإدارة الحرارية لمركبات الطاقة الجديدة

1. تكوين الإدارة الحرارية للمركبة

يتكون نظام التبريد لمركبات الطاقة الجديدة عمومًا من ثلاثة أجزاء: نظام تدوير تبريد البطارية، ونظام دوران تبريد المحرك الذي يتم التحكم فيه إلكترونيًا، ونظام تدوير الهواء الدافئ لتكييف الهواء.يحتوي طراز PHEV أيضًا على نظام دوران تبريد المحرك.يقوم نظام دوران البطارية بشكل أساسي بتسخين البطارية أو تبريدها، ويقوم نظام دوران المحرك بتبريد محرك القيادة و CIDD (وحدة التحكم في محرك القيادة) بشكل كبير، ويقوم نظام سخان تكييف الهواء بتسخين أو تبريد مقصورة الركاب بشكل أساسي.تشمل المكونات الوظيفية الرئيسية المعنية مضخات المياه الإلكترونية، وصمامات الملف اللولبي ثلاثية الاتجاه، وصمامات الملف اللولبي ثنائية الاتجاه، وPTCs، والمبادلات الحرارية، وفواصل الغاز السائل، والمشعات، وغلايات التمدد، وخطوط أنابيب التبريد، والأقواس الثابتة المختلفة.يتم استخدام مضخة المياه الإلكترونية كمصدر للطاقة، والمبرد هو الوسط، ويتحكم صمام الملف اللولبي في اتجاه التدفق بحيث يتدفق وسط التبريد عبر المبرد والجسم المبرد على طول خط الأنابيب، وبالتالي يتبدد ويبرد من خلال التبادل الحراري لذلك أن درجة حرارة العمل للأجزاء الوظيفية يتم الحفاظ عليها دائمًا ضمن نطاق التشغيل المثالي لتحقيق أقصى قدر من الأداء.سواء كانت سيارة كهربائية أو هجينة، فإن حلقة الإدارة الحرارية للبطارية مستقلة عن الأنظمة الأخرى.السبب الرئيسي هو أن نطاق درجة حرارة التشغيل العادي لحزمة البطارية يختلف تمامًا عن الأنظمة الأخرى.بشكل عام، لا يُسمح لدرجة حرارة تشغيل مجموعة البطارية أن تتجاوز 35 درجة مئوية.وبالمقارنة، فإن محرك القيادة يعمل غالبًا عند درجة حرارة حوالي 55 درجة مئوية، ويبلغ نطاق درجة حرارة تشغيل المحرك حوالي 95 درجة مئوية، لذلك يجب أن تعمل كل دائرة بشكل مستقل.

2. الاختلافات عن الإدارة الحرارية للسيارات التقليدية

تعد الإدارة الحرارية للسيارات التقليدية أمرًا بسيطًا، دون الحاجة إلى أنظمة تحكم ومكونات معقدة.هدفها فقط التأكد من أن درجة حرارة المحرك تعمل دائمًا ضمن النطاق المثالي وتوفير الحرارة المطلوبة لمقصورة الركاب لاستخدام الحرارة المهدورة الناتجة عن المحرك لضمان عدم استهلاك طاقة إضافية.توجد اختلافات كبيرة في بنية النظام بين مركبات الطاقة الجديدة والتقليدية.كما زادت متطلبات ترتيب وتركيب مكونات النظام على السيارة بأكملها، وأصبحت متطلبات المساحة للمقصورة أكثر أهمية.الأنواع المختلفة من مركبات الطاقة الجديدة لها خصائصها.خصائص أخرى: بالنسبة للسيارات الكهربائية النقية، لا يوجد محرك كمصدر للطاقة لتدوير سائل التبريد، ولا توجد حرارة مهدرة من المحرك لاستخدامها.بالنسبة للمركبات الهجينة، نظرًا لاستراتيجيات التحكم الخاصة بها، لا تستطيع الماكينة توفير الطاقة لتدوير سائل التبريد عندما لا تعمل، كما لا يمكنها توفير مصدر الحرارة المطلوب لمقصورة الركاب في الوقت الفعلي.لذلك، من الناحية الهيكلية، تم تصميم أنظمة الإدارة الحرارية لمركبات الطاقة الجديدة بمضخة مياه إلكترونية مستقلة لتوفير الطاقة لتدوير سائل التبريد.يستخدم الهواء الدافئ عادة التدفئة الكهربائية.تم تصميم نظام PTC للتدفئة الكهربائية المنفصلة لتسخين سائل التبريد.تعد إعادة التدوير إلى خزان الماء الساخن في السيارة لتوفير الحرارة لمقصورة الركاب هي الطريقة السائدة حاليًا؛هناك أيضًا طريقة لتسخين الهواء الذي يمر عبر صندوق التبخير مباشرة وضخ الحرارة إلى داخل السيارة من خلال المروحة.تتضمن هذه الطريقة سلامة السيارة، والتي نادرًا ما تستخدم حاليًا.

أنواع أنظمة الإدارة الحرارية للبطارية

تتضمن طرق الإدارة الحرارية المختلفة للبطارية أرقام الأجزاء والهياكل والتخطيطات الأخرى.أنواع مختلفة من أنظمة الإدارة الحرارية يتم اختيارها بناءً على تكاليف تطوير السيارة، ووزن السيارة، ومتطلبات مساحة التصميم.تشمل طرقها الفنية الرئيسية الأنواع الخمسة التالية:

1. نوع التبريد المباشر

يشار إليها باسم تقنية التبريد المباشر للبطارية، ويحتوي نظام التبريد الطبيعي على مبخر تبريد مدمج داخل العاصفة، متصل بنظام تكييف الهواء من خلال خطوط الأنابيب.عندما تحتاج البطارية إلى التبريد، يرسل الضاغط مادة التبريد المضغوطة إلى المبخر داخل العاصفة ثم يأخذ البطارية بعيدًا.الحرارة الداخلية تحقق تأثير التبريد.يتمتع النظام بمزايا الهيكل المدمج، تأثير التبريد الجيد، عدد صغير من الأجزاء (يتطلب فقط مدخل واحد ومخرج واحد لخط أنابيب التبريد)، كما أنه خفيف الوزن.ومع ذلك، فإن عيوب هذا النظام هي أنه لا يمكن تسخين البطارية تحت ظروف درجات الحرارة المنخفضة تحت الصفر، كما أن الماء المتكثف المتولد أثناء عملية التبريد غير محمي، كما يصعب التحكم في تجانس درجة حرارة مادة التبريد.يتمتع نظام التبريد بعمر افتراضي قصير وموثوقية منخفضة؛غالبًا ما يحدث تسرب لغاز التبريد.التسرب، وعدم كفاية قدرة التبريد، وغيرها من الأعطال.هذه هي أحدث تقنيات تبريد البطارية ذات النضج المنخفض نسبيًا.وقد تم تطبيقه في النماذج ذات الإنتاج الضخم في السوق، مثل BYD وTesla.إنه طريق تقني رئيسي في المستقبل.

2. نوع تبريد المياه بالوعة الحرارة

دائرة تبريد المشتت الحراري مستقلة، وتتكون من المشتت الحراري، ومضخة مياه إلكترونية، وسخان، وما إلى ذلك، مع مضاد التجمد كوسيط.يخرج مانع التجمد من المبرد، ويمر عبر المدفأة، ثم إلى البطارية، ويعود إلى المشتت الحراري.تعمل هذه الدورة على تبريد البطارية وتسخينها.يتمتع النظام بمزايا الهيكل البسيط والتكلفة المنخفضة وتوفير الطاقة في بيئة درجات الحرارة المنخفضة على مدار السنة.ومع ذلك، فإن كفاءة تبديد الحرارة لهذا النظام منخفضة.تكون درجة حرارة الماء مرتفعة في البيئات المناخية ذات درجة الحرارة المرتفعة في الصيف ولا يمكنها تلبية ظروف التشغيل في البيئات ذات درجة الحرارة المرتفعة.

3. نوع التبريد المباشر بمياه التبريد

يدمج هذا النظام التبريد المباشر والتبريد المائي ويربط بين أنظمة تكييف الهواء وتبريد الماء من خلال مبرد البطارية المبرد (مبادل حراري).يتجنب هذا النظام عيوب طريقتي التبريد الأوليتين ويعتبر حاليًا أحد أنظمة الإدارة الحرارية للبطاريات الأكثر استخدامًا.يحتوي النظام على مكونات أكثر من الأولين.النظام أكثر تعقيدًا ويتطلب مساحة كبيرة نسبيًا لترتيب التفاصيل.يتمتع الضاغط بحمل ثقيل أثناء التشغيل، مما يستهلك الكثير من الطاقة للمركبة بأكملها ويمكن أن يكون اقتصاديًا بشكل أفضل.بالإضافة إلى ذلك، عندما يتعطل جزء من نظام تكييف الهواء، لا يمكن تلبية احتياجات التبريد للبطارية إلى الحد الأقصى.

4. نوع هجين مبرد بالماء

يعتمد هذا النظام على نظام التبريد المائي المباشر ويضاف إليه نظام التبريد المائي الرادياتير.ويتم ترتيب الاثنين في دوائر متوازية.تعمل الدوائر المختلفة على تبريد البطارية في ظل ظروف مختلفة عن طريق التحكم في صمام الملف اللولبي.في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، يعمل نظام تبريد مياه الرادياتير فقط.عندما تكون في بيئة ذات درجة حرارة عالية، قم بالتبديل إلى نظام تبريد مياه التبريد المباشر للعمل.وفي ظل ظروف العمل القاسية، يمكن للنظامين العمل في وقت واحد، كما يمكن للبطارية الحصول على أقصى قدرة تبريد، تغطي جميع بيئات الاستخدام.نظام التبريد هذا معقد للغاية، وذو تكلفة عالية، ويتطلب مساحة كبيرة لتخطيط السيارة، وله استراتيجيات معقدة للتحكم في النظام، ويشكل تحديًا للاستقرار والموثوقية.يستخدم هذا النظام أيضًا في معظم موديلات PHEV الهجينة ويتمتع بتكنولوجيا ناضجة.

5. نوع تبريد الهواء

يقوم هذا النظام بتوجيه الهواء البارد مباشرة من مقصورة الركاب، وتبريد البطارية عبر القناة، ويستخدم الهواء البارد لتبريد البطارية بالهواء.مزايا هذا النظام هي الهيكل البسيط، درجة حرارة الهواء البارد التي يمكن التحكم فيها، وتكلفة النظام المنخفضة.ومع ذلك، فإن له أيضًا عيوب نظام التبريد المباشر.لا يحتوي النظام على وظيفة تسخين، كما أن الماء المتكثف المتولد على سطح البطارية ليس من السهل تجفيفه.هناك خطر التآكل والتلوث داخل البطارية.لا يوصى عمومًا بهذا النوع من طرق الإدارة الحرارية.

باختصار، ستصبح مركبات الطاقة الجديدة سائدة في السوق مع تطور مركبات الطاقة الجديدة، وستتغير المكونات الأساسية للمركبة تدريجيًا من المحركات إلى البطاريات.نظرًا لظروف القيادة المعقدة للسيارة، مثل السرعة العالية والسرعة المنخفضة والتسارع والتباطؤ وما إلى ذلك، سيتم تفريغ البطارية بمعدلات مختلفة، مما يولد كمية كبيرة من تراكم الحرارة.ومع تأثير الزمان والمكان، سترتفع درجة حرارة البطارية تدريجيًا.يؤثر أداء التبريد لبطاريات الطاقة بشكل مباشر على كفاءة البطارية وسلامتها ومتانتها.ستؤثر درجة حرارة البطارية على العديد من المعلمات المميزة، مثل SOC، ومقاومة الجهد، والسعة، وعمر كفاءة الشحن والتفريغ، وما إلى ذلك. لذلك، فإن تبريد البطارية عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا وتسخينها عندما تكون منخفضة جدًا يمكن أن يضمن أدائها و عمر خدمة ممتد.مع تعميم مركبات الطاقة الجديدة، ستستمر تكنولوجيا الإدارة الحرارية للبطارية في التحسن وتصبح أكثر نضجًا.قريبا، ستظهر أنظمة أخرى أفضل للإدارة الحرارية تعمل على تحسين والتغلب على أوجه القصور في أنظمة الإدارة الحرارية الحالية.إن تطوير تقنية الإدارة الحرارية للبطارية سيسمح للبطارية بالعمل دائمًا في بيئة ممتازة، مما يساهم بشكل كبير في عمر خدمة العاصفة.سيؤدي هذا في النهاية إلى تعزيز التطوير المستمر لصناعة الطاقة الجديدة في بلدي.