كيفية إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية للمركبات الثقيلة?

المركبات الكهربائية الثقيلة (المركبات الكهربائية) مواجهة بيئة تشغيل البطارية الأكثر تعقيدًا, جعل السؤال "كيفية إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية" أكثر تحديًا وأهمية من السيارات الكهربائية العادية. يتضمن تحسين عمر بطارية السيارة الكهربائية عادةً جزأين. الأول هو الصيانة الأساسية, بما في ذلك تحسين طرق الشحن, عادات القيادة, والصيانة الروتينية. والثاني هو الحماية الأساسية الأساسية: نظام الإدارة الحرارية للبطارية (BTMS). BTMS هو الجهاز الأكثر أهمية لتحديد عمر البطارية. ما الذي يعالجه BTMS حقًا؟? التحكم في درجات الحرارة والاختلافات في درجات الحرارة. اسمحوا لي أن أشرح الأسباب المحددة بالتفصيل.

ما هي المركبات الكهربائية الثقيلة?

المركبات الكهربائية الثقيلة هي عادة مركبات كهربائية تجارية. وتشمل الأمثلة الشائعة الحافلات الكهربائية, الشاحنات الثقيلة الكهربائية, الشاحنات الخفيفة الكهربائية, مركبات الصرف الصحي الكهربائية, والمركبات الهندسية الكهربائية. هذه المركبات ذات الجهد العالي, ارتفاع استهلاك الطاقة, والأحمال العالية.

للسيارات الكهربائية الثقيلة, نظام الإدارة الحرارية للبطارية (BTMS) هو النظام الأساسي الذي يؤثر على عمر البطارية, أمان, يتراوح, والتكلفة الإجمالية. وذلك لأن ظروف التشغيل الفعلية للمركبات الكهربائية الثقيلة أكثر تعقيدًا من ظروف التشغيل الخاصة بالسيارات الخاصة. عادة ما يكون لديهم كثافة تشغيل أعلى, المزيد من الشحن والتفريغ بشكل متكرر, شحن وتفريغ طاقة أعلى, وتقلبات الحمل أكثر أهمية. إذا لم تتم معالجة هذه الشروط, ستكون البطارية تحت حمل حراري عالي وتقلبات كبيرة في درجات الحرارة لفترات طويلة. حتى لو لم يحترق, سيتم تخفيض عمرها بشكل كبير.

إدارة الشحن اليومي, عادات القيادة, والصيانة يمكن أن تقلل من فقدان عمر البطارية, ولكن هذه التدابير تركز في المقام الأول على "كيفية استخدام البطارية." يعالج BTMS كذلك مسألة "تحت أي ظروف درجة الحرارة تعمل البطارية," مما له تأثير أكبر على عمر البطارية. للمركبات التجارية التي تعمل بترددات عالية, غالبًا ما يحدد هذا المستوى من التحكم ما إذا كانت البطارية قادرة على الحفاظ على أداء مستقر على مدى فترة طويلة.

كيفية إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية - الطريقة التقليدية

يمكن للمستخدمين تقليل تدهور البطارية من خلال استراتيجيات الاستخدام والصيانة المعقولة في العمليات التجارية. تشمل الطرق الشائعة:

1. إدارة نطاق SOC:

تجنب تخزين الشحن الكامل لفترة طويلة أو التفريغ العميق أثناء التشغيل اليومي. يوصي TKT EV Solution® بالحفاظ على مستوى البطارية بين تقريبًا 20% و 80% لتقليل الخسائر الناجمة عن ارتفاع SOC لفترة طويلة والتفريغ العميق.

2. التحكم في تيار الشحن/التفريغ:

تقليل الشحن السريع عالي الطاقة غير الضروري. على سبيل المثال, إذا لم تكن السيارة قيد الاستخدام ليلاً, احسب قوة الشحن بناءً على وقت الشحن طوال الليل, بدلاً من استخدام معدات الشحن فائقة الطاقة. ثانيًا, تجنب التسارع والتباطؤ السريع أثناء القيادة لتقليل خسائر حرارة الجول والاستقطاب عند المصدر.

3. الصيانة الدورية:

إذا كان هناك فريق محترف متاح, توصي TKT® بالتحقق بانتظام من توازن الجهد, العزل, وضيق البرامج الثابتة لخلايا البطارية. إن اكتشاف خلايا معينة وتحسينها في الوقت المناسب يمكن أن يمنع الشيخوخة المبكرة.

4. الاختيار البيئي:

اختر أوقات الشحن بدرجات حرارة مناسبة نسبيًا. خلاف ذلك, يمكن أن تؤثر الحرارة المجمعة المتولدة أثناء الشحن في درجات حرارة عالية بشكل كبير على عمر البطارية وسلامتها. في الشتاء, يؤدي تقليل تعرض البطارية لفترة طويلة لدرجات حرارة منخفضة إلى تخفيف التأثير المباشر لدرجات الحرارة القصوى على أداء البطارية وعمرها.

في حين أن الأساليب المذكورة أعلاه تشترك في الهدف المشترك وهو "تقليل الخسائر," للمركبات التشغيلية ذات الحمولة العالية مثل المركبات الكهربائية الثقيلة, التحسين من جانب المستخدم وحده غير كاف. مع زيادة سعة البطارية, قوة شحن أسرع, وأوقات تشغيل أطول, يصبح نظام الإدارة الحرارية للبطارية هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على العمر الافتراضي.

كيفية إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية - BTMS

بطاريات الليثيوم أيون حساسة للغاية لدرجة الحرارة. تعمل الحرارة الزائدة على تسريع شيخوخة البطارية, مما يؤدي إلى مشكلات مثل النمو المستمر لفيلم SEI, تحلل المنحل بالكهرباء, فقدان الليثيوم النشط, تدهور هيكل مادة القطب, وزيادة المقاومة الداخلية.

درجات الحرارة المنخفضة خطيرة بنفس القدر. يعتقد الكثير من الناس, "درجات الحرارة المرتفعة تلحق الضرر بالبطاريات; درجات الحرارة المنخفضة تقلل النطاق فقط." وهذا مفهوم خاطئ خطير. الشحن في درجات الحرارة المنخفضة يمكن أن يسرع عملية الشيخوخة بسبب "ترسيب الليثيوم." هذا يمكن أن يسبب: فقدان القدرة لا رجعة فيه, زيادة المقاومة الداخلية, انخفاض القدرة على الشحن السريع, والشيخوخة غير المتكافئة.

أخيراً, سيؤدي التوزيع غير المتساوي لدرجة الحرارة بين الخلايا إلى انخفاض عمر مجموعة البطارية بأكملها, تسريع الشيخوخة.

لذلك, يعمل نظام BTMS على حل هذه المشكلة ليس فقط عن طريق التبريد, ولكن عن طريق التبريد النشط, التدفئة بنشاط, والتحكم في تجانس درجة الحرارة للحفاظ على البطارية ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل الأمثل, تقليل الاختلافات في درجات الحرارة بين الخلايا, وإطالة عمر حزمة البطارية بأكملها.

1. التحكم الدقيق في درجة الحرارة: الحفاظ على البطارية في بيئة تشغيل مناسبة

نطاق التشغيل الأمثل لبطاريات الليثيوم أيون هو حوالي 15-40 درجة مئوية. درجة الحرارة المحددة تعتمد على كيمياء الخلية, القدرة على المعدل, وتصميم الشركة المصنعة. وينبغي تأكيد المزيد من التفاصيل مع مورد البطارية الخاص بك. عادة ما يتم التحكم في فرق درجة الحرارة بين الخلايا في حدود 5 درجات مئوية أو أقل.

البيئات ذات درجات الحرارة العالية:

أثناء الشحن السريع, تسلق التل المستمر, وتشغيل التحميل الكامل, تعمل البطارية بكامل طاقتها, توليد حرارة كبيرة. يستخدم BTMS التبريد السائل لتبديد هذه الحرارة على الفور, منع البطارية من البقاء في درجات حرارة عالية لفترات طويلة.

البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة:

الشحن أقل من 0 درجة مئوية ينطوي على خطر طلاء الليثيوم. لذلك, يعد التسخين المسبق للبطارية ضروريًا قبل القيادة أو إعادة الشحن في الشتاء. يستخدم BTMS PTC لتسخين سائل التبريد, ثم ينقل الحرارة إلى الخلايا, ضمان دخول البطارية في عملية الشحن أو التشغيل بالطاقة العالية في درجة حرارة مناسبة.

2. إدارة توحيد درجة الحرارة

لحزم بطاريات المركبات الكهربائية الثقيلة, ولا يكمن التحدي الحقيقي في التحكم في متوسط ​​درجة الحرارة فحسب، بل أيضًا في التحكم في اختلاف درجات الحرارة بين الخلايا. تتطلب المعدات الثقيلة عددًا كبيرًا من خلايا البطارية في المواقع المعقدة. إذا لم يتم تحسين قدرة التبريد وتصميم مسار التبريد بشكل صحيح, يمكن أن تظهر النقاط الساخنة المحلية بسهولة. ال "الحلقة الأضعف" ينطبق التأثير على حزم البطاريات; الخلية الأسوأ أداءً تحد من الأداء العام للحزمة. سوف تتحلل الخلايا الموجودة في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة بشكل أسرع من الخلايا الأخرى, تصبح عنق الزجاجة في الأداء الإجمالي لحزمة البطارية وتؤثر في النهاية على عمرها الافتراضي.

لذلك, BTMS (نظام الإدارة الحرارية للبطارية) يجب ألا يقتصر الأمر على التحكم في درجة الحرارة فحسب، بل يجب أيضًا إدارة اختلاف درجات الحرارة بين الخلايا.

3. الإدارة الحرارية الآلية: التشغيل التلقائي بناءً على أوامر BMS

يتبادل نظاما BMS وBTMS إشارات مختلفة عبر ناقل CAN, بما في ذلك درجة الحرارة, شركة نفط الجنوب (حالة الشحن), وضع التشغيل, أوامر المشغل, ومعلومات خطأ. يقوم نظام BTMS بتغذية البيانات المجمعة المختلفة مركزيًا, مثل درجة الحرارة ومعدل تدفق سائل التبريد, لنظام BMS. استنادا إلى المعلومات في الوقت الحقيقي, يصدر نظام BMS أوامر محددة إلى BTMS, مثل البدء, زيادة كفاءة التبريد, وتدفئة المؤسسة العامة للاتصالات. من خلال هذه المعلومات وتكامل النظام, يتم تحقيق التشغيل الآلي, تقليل الأخطاء البشرية وتحقيق التحكم الآلي في الإدارة الحرارية للبطارية.

4. النسخ الاحتياطي للسلامة: تجنب خطر الهروب الحراري

لا تؤدي درجات الحرارة المرتفعة المستمرة إلى تسريع تدهور عمر البطارية فحسب, ولكن بجدية أكبر, زيادة خطر الهروب الحراري. بمجرد اكتشاف الهروب الحراري, العواقب لا يمكن تصورها. لذلك, تعد BTMS أيضًا من أهم ميزات الأمان.

كيفية إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية - تصنيف BTMS

من منظور بنية النظام, يمكن تصنيف BTMS على نطاق واسع إلى نوعين: سلبي ونشط. ولا يوجد أي منهما متفوق أو أدنى بطبيعته. لديهم ببساطة مزايا وعيوب مختلفة اعتمادًا على سيناريو التطبيق, تتطلب دراسة متأنية للحمل الحراري ومتطلبات التكلفة.

يوضح الجدول بوضوح لماذا أصبح التبريد السائل للبطارية هو الخيار السائد للسيارات الكهربائية الثقيلة. وذلك لأنه يوفر إمكانات قوية للتبادل الحراري في ظل ظروف الشحن والتفريغ ذات التيار العالي مع الحفاظ على تجانس درجة الحرارة بشكل جيد بين خلايا البطارية.. بالمقارنة مع تبريد الهواء, يعد التبريد السائل أكثر ملاءمة للتشغيل طويل الأمد عالي التحميل لحزم البطاريات ذات السعة الكبيرة.

كيف يعمل نظام التبريد السائل للبطارية?

تحت درجة حرارة عالية, شحن سريع, تسلق التلال, وظروف التحميل الكامل, يتم أولاً نقل الحرارة المتولدة داخل خلية البطارية إلى لوحة التبريد من خلال غلاف الخلية والواجهة الحرارية, ومن ثم يتم نقله بواسطة سائل التبريد المتدفق عبر القنوات الداخلية للوحة التبريد. يتم تسهيل تدفق سائل التبريد عن طريق تشغيل مضخة المياه. يتدفق سائل التبريد الساخن من مجموعة البطارية ثم يتم تبريده من خلال دورة تبريد الضاغط في نظام BTMS (نظام الإدارة الحرارية للبطارية). ثم يعود المبرد المبرد إلى لوحة التبريد, استكمال التبادل الحراري بشكل متكرر. ثم تقوم دورة التبريد بالضاغط بتبديد الحرارة خارج السيارة, استكمال دورة كاملة.

تم تصميم هذا التصميم خصيصًا للسيارات الكهربائية الثقيلة بسبب بيئة التشغيل المعقدة, بما في ذلك الاهتزاز على المدى الطويل, تراب, والاختلافات في درجات الحرارة. لا يتصل المبرد مباشرة بخلايا البطارية, ولكن يتم تبادل الحرارة من خلال المبادلات الحرارية مثل لوحة التبريد, وهو الأمر الأكثر فائدة لموثوقية النظام على المدى الطويل.

BTMS ليس كذلك "الأكثر قوة, كلما كان ذلك أفضل."

في حين أنه من الممكن تصميم نظام تبريد BTMS قوي للغاية, وهذا من شأنه بالفعل تحسين التحكم في درجة حرارة البطارية. ويطرح مشكلة خطيرة, مهم بشكل خاص للمركبات التجارية الثقيلة: زيادة كبيرة في استهلاك الطاقة الإجمالي. وهذا يشمل زيادة استهلاك الطاقة من مضخة المياه والضاغط, وكذلك زيادة وزن النظام. كل هذه الطاقة تأتي في النهاية من بطارية السيارة. لذلك, تحتاج قدرة التبريد BTMS فقط إلى التكيف مع الاحتياجات الفعلية للبطارية. يمكن أن تؤدي سعة التبريد المفرطة إلى استهلاك غير ضروري للطاقة, تقليل قدرة النقل الفعلية للمركبة ونطاق القيادة.

ما يجب علينا فعله هو إيجاد توازن بين عمر البطارية, شحن الكفاءة, استهلاك الطاقة الإجمالي للسيارة, والسلامة.

القيمة الحقيقية لـ BTMS: أكثر من مجرد تبريد, فهو يقلل من إجمالي تكاليف دورة الحياة

الفائدة المباشرة لنظام الإدارة الحرارية للبطارية (BTMS) في المركبات الكهربائية الثقيلة، تكون درجات حرارة البطارية مستقرة. وتكمن قيمتها الأكبر في كيفية إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية, الحفاظ على توافر السيارة, وخفض تكاليف التشغيل. في المناطق ذات التغيرات السنوية الكبيرة في درجات الحرارة, يمكن لنظام BTMS الفعال إطالة عمر دورة البطارية تقريبًا 25% ل 40% مقارنة بالمركبات التي لا تحتوي على تحكم نشط في درجة الحرارة. للسيارات الكهربائية الثقيلة, تمثل البطاريات نسبة عالية من إجمالي تكلفة السيارة, وتعمل هذه المركبات عادةً بترددات عالية. لذلك, أي تقنية يمكنها إبطاء تدهور البطارية يمكن أن يكون لها تأثير مضاعف طوال دورة حياتها.

لذلك, عند تقييم التكلفة الإجمالية للملكية (التكلفة الإجمالية للملكية) من المركبات الكهربائية التجارية, لا يمكن الحكم على قيمة BTMS فقط من خلال تكلفة الشراء لكل مركبة. ويجب أن يؤخذ بعين الاعتبار بشكل شامل فيما يتعلق بعمر البطارية, تكاليف الصيانة, ومخاطر تعطل المركبات.

خاتمة

بعد قراءة هذا المقال, أعتقد أنك تعرف الإجابة بالفعل "كيفية إطالة عمر بطارية السيارة الكهربائية". في ملخص, للسيارات الكهربائية الثقيلة, تشكل عادات الاستخدام والصيانة اليومية أساس إدارة عمر البطارية, بينما BTMS (نظام الإدارة الحرارية للبطارية) هو العامل الحاسم في عمر البطارية. فهو يحدد الضمان الأساسي بأن البطارية يمكن أن تعمل بثبات لفترة طويلة في ظل بيئات عالية التحميل.

من الناحية الفنية, أصبحت أنظمة التبريد السائلة للبطارية هي الحل السائد للسيارات الكهربائية التجارية الكبيرة. فهو يسمح للبطارية بالبقاء صالحة للاستخدام ومستقرة على مدى عمر أطول, وبالتالي تقليل تكاليف تشغيل دورة الحياة الإجمالية للمركبة.

TKT® هي شركة مصنعة ذات خبرة لـ BTMS (أنظمة الإدارة الحرارية للبطارية). لقد قمنا بتطوير حلول BTMS مخصصة للحافلات الكهربائية والشاحنات الكهربائية لشركة Fortune Global 500 شركات. لا تتردد في الاتصال بنا إذا كان لديك أي متطلبات.

الأسئلة الشائعة

س: ما هو نظام إدارة المباني?

أ: يشير BMS إلى نظام إدارة البطارية. إنه الدماغ الأساسي لنظام البطارية, مسؤول عن مراقبة البطارية والتحكم فيها. يقوم بجمع البيانات مثل الجهد, حاضِر, درجة حرارة, شركة نفط الجنوب, و SOH من الأجهزة الأخرى ذات الصلة, ويصدر أوامر الاتصال المختلفة في الوقت الحقيقي, مثل الشحن/التفريغ والحد من الطاقة, لضمان التشغيل المستقر والسلامة.

س: ما هي العلاقة بين BMS وBTMS؟?

أ: يدير BMS حالة البطارية, بينما يقوم نظام BTMS بإدارة درجة حرارة البطارية. يتواصلون عادةً عبر CAN: يوفر BMS أوامر محددة لنظام BTMS, ويستخدم نظام BTMS هذه المعلومات للتحكم في مضخة المياه, ضاغط, سخان, إلخ., للحفاظ على البطارية ضمن درجة حرارة مناسبة ونطاق درجة الحرارة. بعبارة أخرى, يركز BMS على "يراقب, الحكم, والحماية," بينما يركز BTMS على "تنفيذ."

س: ما هو المبرد النموذجي المستخدم في نظام تبريد سائل البطارية?

أ: عادةً ما يتم استخدام مبرد خليط الماء والجليكول المخصص. إنه يوازن التوصيل الحراري, أداء التجمد, والتوافق المادي.

س: كيف يمكنني تقييم حجم BTMS الذي أحتاجه?

أ: لا يمكن تحديد سعة التبريد بناءً على سعة البطارية فقط (كيلو واط ساعة); وينبغي تقييمه على أساس الحمل الحراري الأقصى الفعلي. تشمل العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها الحد الأقصى لتيار الشحن/التفريغ للبطارية, معدل الشحن/التفريغ, المقاومة الداخلية, قوة الشحن السريع, ودرجة الحرارة المحيطة. يمكن مناقشة هذه البيانات مع مورد البطارية الخاص بك. إنهم محترفون ولديهم عمومًا طريقة حساب مناسبة لمعلمات توليد الحرارة القصوى هذه.

س: هل سيتم تفعيل نظام BTMS أثناء الشحن؟?

أ: قطعاً, مهم بشكل خاص في ظل ظروف الشحن عالية الطاقة. البطاريات ثنائية الاتجاه; كل من الشحن والتفريغ يولدان حرارة كبيرة. لذلك, يعد نظام BTMS عنصرًا حاسمًا في إدارة الشحن الحراري.

مزيد من القراءة: حلول تبريد البطارية المخصصة واتجاهات التطوير, ما هو الهروب الحراري من حيث صلته بالمركبات الكهربائية, أحدث الاتجاهات والأخبار في الإدارة الحرارية

فيسبوك: https://www.facebook.com/TKTHVAC/
ينكدين: https://www.linkedin.com/company/tkt-hvac
يوتيوب: https://www.youtube.com/@TKTHVAC