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. استغلال المساحة العالية: يزيل اللوحات الباردة, الأنابيب, وغيرها من الهياكل, مما يجعلها مناسبة لتخطيطات البطاريات عالية الكثافة. يزيد من سعة البطارية بنسبة 20%-30% ضمن نفس الحجم.
1. المركبات الكهربائية عالية الأداء (المركبات الكهربائية): ويظل الحل الحالي في مرحلة إثبات المفهوم, ويرجع ذلك في المقام الأول إلى تكلفتها العالية. التطبيق الأساسي الذي يتم استكشافه هو السباق عالي الأداء, حيث تفوق متطلبات الإدارة الحرارية والسلامة اعتبارات التكلفة.
2. أنظمة تخزين الطاقة (وفاق سطيف): يمثل هذا التطبيق الواعد للتبريد بغمر البطارية. تعطي مرافق تخزين الطاقة واسعة النطاق الأولوية للسلامة باعتبارها شريان الحياة الأساسي لها. يعمل التبريد بالغمر على حل التحديات الحرجة في تبديد الحرارة والانتشار الحراري الجامح بشكل فعال. يعمل قادة الصناعة مثل CATL وTesla على تطوير ونشر التقنيات ذات الصلة.
3. مراكز البيانات: في السيناريوهات التي تتطلب موثوقية قصوى, يوفر التبريد الغاطس بيئة تشغيلية أكثر استقرارًا وأمانًا.
لقد تطرقت بالفعل إلى مزاياها الأساسية في وقت سابق. لقد حقق أداءً عالي المستوى في معدل تبديد الحرارة, توحيد درجة الحرارة, أمان, واستغلال المساحة. لكن, يبقى في التطبيق التجريبي ومراحل التسويق المبكرة, تفتقر إلى نطاق واسع, التحقق من صحة السوق على المدى الطويل. القضايا الثلاث الرئيسية هي:
1. تكلفة عالية للغاية, لأن المبرد نفسه باهظ الثمن.
2. المطالبة بمتطلبات ختم النظام: فهو يتطلب حزم بطارية مغلقة بالكامل, فرض متطلبات صارمة على المواد وعمليات التصنيع.
3. صيانة معقدة وصعبة: 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. يتم بعد ذلك نقل هذه الحرارة إلى المبرد الموجود في مقدمة السيارة أو جانبها. يقوم المبرد بعد ذلك بتبادل الحرارة مع الهواء الخارجي عبر المراوح. وهذا يشكل نظامًا ثانويًا للتبادل الحراري.
تمثل أنظمة التبريد السائلة الخيار التجاري الأكثر نضجًا المتاح اليوم. إنهم يحققون التوازن الأمثل عبر التكلفة, مصداقية, والسلامة. في اليوم التالي 5-10 سنين, وستظل الخيار المفضل لغالبية المركبات الكهربائية التجارية.
للحصول على مقارنة أكثر سهولة, لقد قمت بتجميع جدول مقارنة مفصل لك:
| نوع النظام | نظام تبريد سائل البطارية | نظام التبريد بغمر البطارية |
| مبدأ العمل | التبريد غير المباشر: يتدفق سائل التبريد عبر القنوات الموجودة في لوحة التبريد السائلة, تبادل الحرارة مع البطارية عبر اللوحة المعدنية. | التبريد المباشر: يتم غمر البطارية مباشرة في المبرد العازل, تمكين الحد الأقصى للتبادل الحراري لمساحة السطح. |
| كفاءة التبريد | عالي, 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 | عالي: 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, ولا تزال هناك تحديات عديدة قبل اعتماده على نطاق واسع.
1. انخفاض كبير في تكاليف المبردات وغيرها من المواد.
2. حل التحديات الهندسية مثل تكنولوجيا الختم وحلول الصيانة.
3. ردود فعل اختبار التحقق من صحة السوق عبر الظروف المناخية وبيئات الطرق المتنوعة.
وبمجرد التغلب على هذه العقبات, ستدفع هذه التكنولوجيا صناعة الطاقة الجديدة نحو مزيد من الكفاءة والسلامة. دعونا نتطلع إلى المستقبل معا.
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
