التبريد بغمر البطارية هو أحد أساليب الإدارة الحرارية للبطارية والذي يغمر حزمة بطارية الطاقة بالكامل في بيئة غير موصلة للكهرباء, مبرد عازل غير قابل للاشتعال. إنه يزيل المبادلات الحرارية ذات الألواح المبردة بالسائل, بدلا من ذلك تحقيق التبادل الحراري من خلال المباشر, أقصى اتصال لمساحة السطح بين البطارية وسائل التبريد. وهذا يعزز التوصيل الحراري العالي للسائل وسيولته لامتصاص الحرارة بسرعة, وبالتالي تمكين التحكم في درجة حرارة البطارية بشكل أكثر كفاءة.
رسم تخطيطي للتبريد بغمر البطارية
بناءً على ما إذا كان سائل التبريد يخضع لتغيير في الطور, يمكن تصنيفها إلى نوعين:
1. تبريد البطارية بالغمر على مرحلة واحدة: يتم امتصاص الحرارة الناتجة عن البطارية بواسطة سائل التبريد المحيط بها, والتي لا تخضع لتغيير المرحلة (أي., يبقى سائلاً طوال الوقت). يتم توزيع سائل التبريد الساخن عبر مضخة كهربائية إلى مبادل حراري خارجي, حيث تتبدد الحرارة في الهواء المحيط أو نظام تبريد سائل آخر. بعد التبريد, يتم إعادة تدويره مرة أخرى إلى حاوية البطارية.
2. تبريد البطارية الغمر على مرحلتين: يستخدم مبردًا خاصًا ذو نقطة غليان منخفضة. عندما تولد البطارية الحرارة, يمتص المبرد الملامس الحرارة ويخضع لمرحلة انتقالية (أي., يتبخر إلى الحالة الغازية). تمتص عملية الانتقال الطورية هذه كمية كبيرة من الحرارة بكفاءة عالية. ويرتفع بخار سائل التبريد الناتج إلى مكثف موجود أعلى الخزان, حيث يتحول مرة أخرى إلى سائل ويقطر مرة أخرى إلى الأسفل, استكمال الدورة الطبيعية. صفات: إدارة حرارية فعالة للغاية دون الحاجة إلى تشغيل المضخة. على العكس من ذلك, يتطلب النظام معايير أعلى لسلامة الختم والتحكم في الضغط, مما يجعلها أكثر تعقيدا من الناحية الفنية وتكلفة.
1. تبديد الحرارة بكفاءة: الموصلية الحرارية السائلة 5-10 أضعاف الهواء, إزالة حرارة البطارية بسرعة وقمع ارتفاع درجة الحرارة.
2. توحيد درجة الحرارة ممتازة: يغطي السائل سطح البطارية بالكامل, تقليل النقاط الساخنة المحلية. تظهر الاختبارات أن التبريد بالغمر يحافظ على الحد الأقصى للاختلافات في درجات الحرارة ضمن 1 درجة مئوية, مقارنة بـ 3-5 درجة مئوية للتبريد السائل للوحة الباردة. وهذا أمر بالغ الأهمية لإطالة عمر البطارية وتعزيز السلامة, يحتمل أن يزيد من عمر 10%-30%.
3. تعزيز السلامة: يمتلك المبرد خصائص مثبطة للهب, يعزل الأكسجين, يمتص الحرارة بسرعة أثناء الهروب الحراري, ويمنع انتشار اللهب, تقليل احتمالية الحريق بأكثر من 80%.
4. High Space Utilization: Eliminates cold plates, piping, and other structures, making it suitable for high-density battery layouts. Increases battery capacity by 20%-30% within the same volume.
1. High-Performance Electric Vehicles (EVs): The current solution remains in the proof-of-concept phase, primarily due to its high cost. The primary application being explored is high-performance racing, where thermal management and safety requirements outweigh cost considerations.
2. Energy Storage Systems (ESS): This represents the most promising application for battery immersion cooling. Large-scale energy storage facilities prioritize safety as their primary lifeline. Immersion cooling effectively resolves critical challenges in heat dissipation and thermal runaway propagation. Industry leaders like CATL and Tesla are actively developing and deploying related technologies.
3. Data Centers: In scenarios demanding extreme reliability, immersion cooling delivers a more stable and secure operational environment.
I've already touched on its core advantages earlier. It has achieved top-tier performance in heat dissipation rate, توحيد درجة الحرارة, أمان, and space utilization. لكن, it remains in the demonstration application and early commercialization stages, lacking large-scale, long-term market validation. The three main issues are:
1. Extremely high cost, as the coolant itself is expensive.
2. Demanding system sealing requirements: It necessitates fully sealed battery packs, imposing stringent demands on materials and manufacturing processes.
3. Complex and challenging maintenance: تتطلب المراقبة المنتظمة لظروف سائل التبريد موظفين متخصصين. بالإضافة إلى ذلك, تعتبر إجراءات الإصلاح وعمليات استبدال سائل التبريد معقدة للغاية عند ظهور المشكلات.
في ملخص, التبريد الغمر بالبطارية عبارة عن تقنية ذات أداء متميز ولكنها غير مكتملة لاعتمادها على نطاق واسع. في حين أنها تقدم مزايا رائدة في الأداء المطلق والسلامة, إن تكلفتها العالية وتحديات الإنتاج الضخم التي لم يتم حلها تحد من التطبيق على نطاق واسع. بالتالي, لم يتم استخدامه على نطاق واسع بعد في القطاع التجاري. نظام الإدارة الحرارية للبطارية المستخدم حاليًا على نطاق واسع في القطاع التجاري هو التبريد السائل للبطارية.
أ نظام التبريد السائل للبطارية يقوم بتدوير سائل التبريد من خلال ألواح التبريد السائلة داخل حزمة البطارية لامتصاص الحرارة الناتجة عن الخلايا. This heat is then transferred to a radiator located at the front or side of the vehicle. The radiator subsequently exchanges heat with the outside air via fans. This constitutes a secondary heat exchange system.
Liquid cooling systems represent the most mature commercial option available today. They achieve the optimal balance across cost, مصداقية, and safety. For the next 5-10 سنين, they will remain the preferred choice for the majority of commercial electric vehicles.
For a more intuitive comparison, I have compiled a detailed comparison table for you:
| System Type | نظام تبريد سائل البطارية | Battery Immersion Cooling System |
| مبدأ العمل | Indirect Cooling: Coolant flows through channels in the liquid cooling plate, exchanging heat with the battery via the metal plate. | Direct Cooling: The battery is directly immersed in dielectric coolant, enabling maximum surface area heat exchange. |
| كفاءة التبريد | High, تلبية متطلبات معظم السيارات الكهربائية الحالية. | عالية بشكل استثنائي, يفوق بكثير التبريد السائل. |
| توحيد درجة الحرارة | جيد, ولكن لا تزال هناك اختلافات طفيفة في درجات الحرارة عبر مناطق مختلفة من الخلية. | ممتاز, مع تبريد موحد في جميع أنحاء الخلية والحد الأدنى من الاختلافات في درجات الحرارة. |
| أمان | High: يعتمد على نظام إدارة المباني (BMS) وتصميم الكشف عن الانفلات الحراري. | عالية للغاية: المبرد نفسه غير قابل للاشتعال ويمنع بشكل فعال انتشار الهروب الحراري. |
| تعقيد النظام | معتدلة إلى عالية: يتطلب نظامًا معقدًا يتضمن لوحة تبريد سائلة, مضخة مياه, أنابيب, المشعاع, إلخ. | بسيطة جزئيا, معقدة جزئيا: يزيل بعض المكونات, ولكنه يتميز بتصميم معقد للختم والمبادل الحراري الخارجي. |
| يكلف | معتدل: التكنولوجيا الناضجة, سلسلة التوريد المنشأة, تكاليف يمكن السيطرة عليها. | عالية جدا: المبرد باهظ الثمن, عمليات الختم باهظة الثمن, من المحتمل أن تكون التكاليف الإجمالية أعلى بعدة مرات من التبريد السائل. |
| قابلية الإصلاح | جيد: إجراءات الإصلاح وسلسلة التوريد المعمول بها موجودة. | فقير: تتطلب الإصلاحات التعامل مع المبرد, تنطوي على إجراءات معقدة, ويستلزم العودة إلى الشركة المصنعة الأصلية للخدمة. |
| التطبيقات الأولية | يتم تطبيقه على نطاق واسع في جميع القطاعات تقريبًا بما في ذلك سيارات الركاب, المركبات التجارية, وتخزين الطاقة. | المركبات عالية الأداء وأنظمة تخزين الطاقة المتميزة حاليًا في مراحل العرض التوضيحي. |
| نضج التكنولوجيا | ناضجة للغاية: تم التحقق من صحتها خلال أكثر من عقد من النشر على نطاق واسع في السوق. | المرحلة المبكرة: الانتقال من الاختبارات المعملية إلى التطبيقات التوضيحية, تفتقر إلى التحقق على المدى الطويل. |
يعد التبريد بالبطارية الغمرية تقنية تطلعية تستعد للمستقبل, بعد أن وصلت إلى السقف من حيث الأداء المطلق والسلامة. لكن, numerous challenges remain before its widespread adoption.
1. Significant reduction in costs for coolants and other materials.
2. Resolution of engineering challenges such as sealing technology and maintenance solutions.
3. Market validation testing feedback across diverse climatic conditions and road environments.
Once these hurdles are overcome, this technology will propel the new energy industry toward greater efficiency and safety. Let us look forward to the future together.
مزيد من القراءة: نظام الإدارة الحرارية للبطارية للسيارات الكهربائية وعمر البطارية, تحليل نظام تبريد البطارية للحافلة الكهربائية, نظام تبريد سائل البطارية - كيف يعمل?
فيسبوك: https://www.facebook.com/TKTHVAC/
ينكدين: https://www.linkedin.com/company/tkt-hvac
يوتيوب: https://www.youtube.com/@TKTHVAC
