أفضل مورد ومصنع لحلول الإدارة الحرارية للبطارية

إدارة البطارية الحرارية (BTM) يتضمن تنظيم درجة حرارة حزمة البطارية بشكل نشط أو سلبي للحفاظ عليها ضمن نطاق التشغيل المثالي من 10 درجة مئوية إلى 45 درجة مئوية. تتضمن المتطلبات الفنية الأكثر تقدمًا أيضًا التحكم في اختلاف درجة الحرارة بين كل بطارية في مجموعة البطارية إلى أقل من 5 درجات مئوية. تشمل وظائفها الأساسية التبريد, التدفئة, ودرجة الحرارة الموازنة, ضمان التشغيل الآمن والفعال لحزمة البطارية في ظل ظروف بيئية مختلفة.

أهدافها الأساسية:
1. منع الهرب الحراري: تجنب درجات الحرارة العالية التي تؤدي إلى تفاعلات سلسلة طارد للحرارة (مثل الحرائق أو الانفجارات);
2. تحسين أداء البطارية: سخني حزمة البطارية في درجات حرارة منخفضة لتعزيز سعة التفريغ وتبريدها في درجات حرارة عالية للحفاظ على إنتاج الطاقة;
3. تمديد عمر البطارية: تقليل تقلبات درجة الحرارة التي تسبب تدهور البطارية (مثل طلاء الليثيوم أو سماكة فيلم SEI).

بطاريات الطاقة هي مصدر الطاقة للسيارات الكهربائية. أثناء الشحن والتفريغ, البطاريات نفسها تولد كمية كبيرة من الحرارة, مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة. يمكن أن تؤثر درجات الحرارة المرتفعة على خصائص البطارية المختلفة, مثل المقاومة الداخلية, الجهد االكهربى, حالة الشحن (شركة نفط الجنوب), القدرة المتاحة, شحن/تفريغ كفاءة, وعمر البطارية.

تؤثر التأثيرات الحرارية للبطارية أيضًا على سلامة السيارة, أداء, وعمر دورة البطارية. سأوضح هذه النقاط في الأقسام التالية, لذا يرجى متابعة القراءة. لذلك, الإدارة الحرارية للبطارية هي ذات أهمية قصوى.

1 دقة التحكم في درجة الحرارة: تقليل اختلافات درجة الحرارة بين الخلايا الفردية داخل حزمة البطارية, مع الحد الأقصى لدرجة الحرارة من ≤5 درجة مئوية.
2 التحكم في نطاق درجة الحرارة: حافظ على درجة حرارة حزمة البطارية ضمن النطاق الأمثل من 10 إلى 45 درجة مئوية.
3 نسبة كفاءة الطاقة: قلل من استهلاك الطاقة في BTMS لتقليل تأثيرها على نطاق السيارة.
4 قمع الهارب الحراري: يمنع BTMS الهرب الحراري من خلال مراقبة درجة الحرارة والتبريد السريع, وهو جوهر السلامة.

حالياً, الحل الأكثر موثوقية وعملية للإدارة الحرارية للبطارية EV هو تقنية التبريد السائل. سأستخدم التبريد السائل كمثال لشرح.

1. امتصاص الحرارة (البطارية → سائل التبريد)
يتم نقل الحرارة المتولدة أثناء شحن البطارية وتفريغها إلى لوحة التبريد السائل في ملامسة البطارية عن طريق التوصيل الحراري. يتدفق المبرد عبر القنوات الدقيقة داخل لوحة التبريد السائل, امتصاص الحرارة من خلال تبادل الحرارة الحراري, مما تسبب في ارتفاع درجة حرارة المبرد.
2. نقل الحرارة (سائل التبريد → المبرد)
يتم قيادة المبرد المسخن بواسطة مضخة مياه كهربائية ونقلها عبر الأنابيب إلى المبرد. يتبدل المبرد الحرارة في البيئة من خلال تبريد الهواء القسري, مما تسبب في انخفاض درجة حرارة سائل التبريد.
3. الدورة الدموية
يعود المبرد المبرد إلى لوحة التبريد السائل, تشكيل تداول حلقة مغلقة.

في ملخص, يعتمد مبدأ التشغيل الخاص به على الآليات الفيزيائية لتوصيل الحرارة ونقل الحرارة الحراري, تحقيق الامتصاص, تحويل, وتبديد حرارة البطارية من خلال نظام سائل تبريد حلقة مغلقة.

هناك أنواع مختلفة من BTMS, ولديها شركات مختلفة تصاميم مختلفة. لذلك, فيما يلي فقط المكونات الرئيسية:
1 نقل الحرارة المتوسطة: هواء, سائل التبريد, مواد تغيير المرحلة, إلخ.
2 مكونات تبادل الحرارة: مشعات, لوحات التبريد السائل, أنابيب الحرارة, إلخ.
3 وحدات القيادة: مضخات المياه الكهربائية, المشجعين, الهزاز الكهرومغناطيسي, إلخ.
4 الاستشعار والسيطرة: أجهزة استشعار درجة الحرارة (مراقبة درجات حرارة الخلية/الوحدة النمطية), وحدات التحكم BMS (تنظيم معدل التدفق/سرعة المروحة على أساس ردود الفعل درجة الحرارة)
5 مكونات الملحقات: سخانات PTC, مواد العزل, مواد الواجهة الحرارية, إلخ.

عمومًا, هناك نوعان رئيسيان: التبريد النشط والتبريد السلبي. الفرق الرئيسي هو ما إذا كان استهلاك الطاقة يحدث. في حالة حدوث استهلاك الطاقة, إنه تبريد نشط; إذا كان هناك استهلاك للطاقة, إنه تبريد سلبي.

يتضمن نظام التبريد النشط ما يلي:

1. نظام التبريد المبرد بالهواء

يستخدم هذا النظام في المقام الأول مبدأ الحمل الحراري لتوزيع الهواء داخل مقصورة البطارية. يحمل الهواء المتداول الحرارة من البطاريات, وبالتالي خفض درجة حرارتها. معًا, يخضع الهواء لمزيد من التبادل الحراري داخل المبخر, حيث يتبخر مادة التبريد لتقليل درجة حرارة الهواء المتداول. المزايا: بنية النظام البسيطة, تكلفة منخفضة, وسهولة الصيانة.
العيوب: أداء تبديد الحرارة المرتفع في درجات الحرارة العالية, كفاءة بدء التشغيل منخفضة درجة الحرارة المنخفضة, والاستقرار غير المتكافئ بين البطاريات.

2. نظام التبريد المباشر المبرد

يستخدم هذا النظام في المقام الأول الحرارة الكامنة لمبدأ التبخر في المبردات. يتم إنشاء نظام تكييف الهواء داخل نظام البطارية, مع تثبيت لوحات التبريد داخل نظام البطارية. يتبخر المبرد داخل لوحات التبريد, إزالة الحرارة بسرعة وكفاءة من نظام البطارية لتحقيق التبريد.

مزايا: بنية بسيطة, توزيع درجة الحرارة الموحدة نظريًا, وأداء التبريد الجيد;
العيوب: حالياً, التكنولوجيا ليست ناضجة بعد, ومن غير المرجح أن يتم تسويقها على المدى القصير.

3. اندماج: نظام تبريد مبرد بالماء مشترك

تتم إضافة مبادل حراري لوحي ومقترن بنظام تكييف الهواء. تقوم البطاريات بتبادل الحرارة مع سائل التبريد من خلال ألواح التبريد. يتم ضخ سائل التبريد المبرد أو الساخن إلى المبادل الحراري للوحة, حيث يتدفق سائل التبريد إلى جانب واحد ويتدفق سائل التبريد إلى الجانب الآخر. تتم إزالة الحرارة بواسطة المبرد, ويتدفق سائل التبريد من لوحة المبادل الحراري ويعود إلى البطاريات, إكمال الدورة.

مزايا: بنية مضغوطة, مكونات تسخين البطارية المتكاملة, ارتفاع كفاءة بدء التشغيل في درجات الحرارة المنخفضة, تبريد ممتاز لدرجة الحرارة العالية, وتوزيع درجة الحرارة الموحدة.
العيوب: مكونات نظام متعددة واستراتيجية تحكم معقدة.

4 نظام تبريد سائل مستقل للبطارية

عندما تحتاج البطارية إلى التبريد, يتبادل الحرارة مع سائل التبريد من خلال لوحة التبريد. يتم ضخ المبرد المسخن في المبادل الحراري للوحة بواسطة مضخة مياه إلكترونية. داخل لوحة المبادل الحراري, يتدفق سائل التبريد إلى جانب واحد ويتدفق سائل التبريد إلى الجانب الآخر, حيث يتم تبادل الحرارة. تتم إزالة الحرارة بواسطة المبرد, ويتدفق سائل التبريد من لوحة المبادل الحراري ويعود إلى البطارية, إكمال الدورة.
عندما تحتاج البطارية إلى التدفئة, يتم إغلاق دائرة التبريد ويتم تنشيط سخان السائل PTC. ثم يتم إدخال المبرد الساخن إلى البطارية, حيث يقوم بتسخين البطارية من خلال لوحة التبريد. يتم التحكم في درجة حرارة البطارية الداخلية عن طريق التحكم في دائرة التبريد وسخان السائل PTC.

مزايا: بنية مضغوطة, مكونات تسخين البطارية المتكاملة, ارتفاع كفاءة البدء في درجات الحرارة المنخفضة, تبريد ممتاز لدرجة الحرارة العالية, وتوزيع درجة الحرارة الموحدة.
العيوب: مكونات نظام متعددة واستراتيجية تحكم معقدة.

يتكون نظام التبريد السائل المستقل للبطارية من ضاغط, مكثف, صمام توسع, مبادل حراري لوحة, مضخة المياه الإلكترونية, سخان سائل PTC, خزان التوسع, والتحكم الكهربائي.

تشمل أنظمة التبريد السلبية ما يلي:

1. طور تغيير المواد البطارية الإدارة الحرارية (PCM-BTM)

يستخدم هذا النظام خصائص الحرارة الكامنة للمواد المتغيرة الطور (أجهزة PCM), امتصاص أو إطلاق الحرارة من خلال التحولات الطورية الصلبة والسائلة. ينقل الحرارة من خلال الخواص الفيزيائية للمادة, القضاء على استهلاك الطاقة لأنظمة التبريد النشطة.

مزايا: لا استهلاك الطاقة, درجة حرارة ثابتة.
العيوب: وزن ثقيل, عمر قصير.

2. تكنولوجيا الأنابيب الحرارية

تعد تقنية الأنابيب الحرارية عنصر توصيل حراري عالي الكفاءة يستخدم تغير الطور في السوائل لنقل الحرارة. يتكون من قذيفة أنبوب, الفتيل, ونهاية القبعات. يتم إنشاء ضغط سلبي داخل الأنبوب ويتم ملؤه بسائل منخفض درجة الغليان. عندما يتم تسخين نهاية واحدة, يتبخر السائل ويتبخر. يتدفق البخار إلى النهاية الباردة, التكثيف وإطلاق الحرارة. ثم يتدفق السائل المكثف مرة أخرى إلى نهاية التبخر من خلال العمل الشعري, تشكيل دورة.

مزايا: لا استهلاك الطاقة, درجة حرارة موحدة.
العيوب: التكلفة العالية والتصميم المعقد. يتم استخدامه في المقام الأول في معدات المركبات الفضائية.

BTMS: يركز على التحكم في درجة الحرارة وهو نظام تنفيذ فرعي لـ BMS.
خدمات إدارة المباني: يغطي أربع وظائف رئيسية: مراقبة الحالة, التحكم الكهربائي (أي., شحن وتفريغ المنطق), التحكم الحراري (أي., BTMS), وحماية السلامة (اكتشاف العزل).في ملخص, يتعاون النظامان لإدارة التحكم الحراري في السيارات الكهربائية عن طريق تبادل البيانات والأوامر عبر حافلة CAN. BTMS هو النظام الفرعي الأساسي لـ BMS, مسؤول عن التحكم في حدود السلامة الحرارية. بدون BMS و BTMS, يزداد خطر حدوث خلل في البطارية بشكل كبير.

محلول مياه الإيثيلين جليكول, السائل المفلور, الماء منزوع الأيونات, الزيت المعدني, نانوفلويدات, إلخ.

إن توليد الحرارة أثناء الشحن والتفريغ هو ظاهرة مادية وكيميائية لا مفر منها. هذا بسبب فقدان الطاقة أثناء عملية التحويل وخصائص المواد الداخلية.
1 حرارة Joule - عندما يتدفق التيار عبر المكونات المقاومة داخل البطارية, يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية, وفقًا لقانون جول: qj = i²rt.
2 حرارة التفاعل - تغيير الحرارة المتولدة عند إدخال أيونات الليثيوم في أو إزالتها من القطب.
3 حرارة الاستقطاب - الحرارة الناتجة بسبب استهلاك الطاقة الإضافي الناجم عن انسداد نقل الشحنة على سطح القطب.

يؤدي ارتفاع درجة الحرارة المترجمة داخل البطارية إلى تفاعل سلسلة من التفاعلات الحارة للحرارة. ترتفع درجة الحرارة بسرعة بعدة مئات من الدرجات في الثانية إلى أكثر 800 درجات, يرافقه تصريف صمام تخفيف الضغط والنار.

تؤثر الزيادة في درجة الحرارة على كل من السعة القابلة للاستخدام وعمر البطاريات القابلة للاستخدام.

الحياة:
كما يمكن رؤيته من الرسوم البيانية, درجة الحرارة لها تأثير كبير على عمر البطارية. لنفس خلية البطارية, عند درجة حرارة المحيطة 23 درجة مئوية, السعة المتبقية بعد 6,238 الأيام 80%. إذا تعرضت البطارية لدرجة حرارة محيطة تبلغ 55 درجة مئوية, تصل السعة المتبقية 80% بعد فقط 272 أيام. زيادة درجة الحرارة 32 درجة مئوية تؤدي إلى أ 95% انخفاض في عمر الخلية. كما هو موضح في الرسم البياني, كلما ارتفعت درجة الحرارة, كلما كان تدهور عمر البطارية أكثر حدة.

السعة المتاحة:
كما هو موضح في الرسوم البيانية, تؤثر درجة الحرارة أيضًا بشكل كبير على سعة البطارية المتاحة. لنفس نوع الخلية, عندما تكون السعة المتبقية 90%, سعة الإخراج عند 25 درجة مئوية 300 كيلو واط ساعة, بينما في 35 درجة مئوية, سعة الإخراج هي فقط 163 كيلو واط ساعة. زيادة 10 درجة مئوية في درجة الحرارة تؤدي إلى أ 45% انخفاض في القدرة القابلة للاستخدام في الخلية.
ملخص:
في درجات حرارة منخفضة (<0درجة مئوية), تنخفض سعة البطارية بنسبة 30 ٪ إلى 50 ٪. ويرجع ذلك إلى زيادة لزوجة المنحل بالكهرباء وتقليل تنقل ليثيوم أيون. في درجات حرارة عالية (>45درجة مئوية), تتسارع حياة الدورة وزيادة خطر الهروب الحراري. ويرجع ذلك إلى السمك المستمر لفيلم SEI وفقدان الليثيوم النشط. يمكن أن يؤدي مزيد من التحلل إلى الهرب الحراري.
في اختلافات درجة الحرارة (>5درجة مئوية), تتناقص السعة الفعالة لحزمة البطارية 10% ل 30%. وذلك لأن المقاومة الداخلية للبطارية غير متسقة, تعطيل الاتساق الكهروكيميائي.

حالياً, تقنية التبريد السائل هي طريقة تبريد البطارية الرئيسية المستخدمة في السيارات الكهربائية. إنه يوازن بشكل فعال كفاءة تبديد الحرارة, توحيد درجة الحرارة, والتكلفة. مع اختراقات في الابتكار المادي (مثل nanofluids) وتكامل النظام (مثل المضخة الحرارية التبريد المباشر), تتطور أنظمة الإدارة الحرارية للبطارية نحو استهلاك الطاقة المنخفضة, تصميم خفيف الوزن, والوظائف الذكية. تشير التوقعات إلى أن تسويق بطاريات الحالة الصلبة بواسطة 2027 سوف يدفع تبريد تغيير الطور المستند إلى الاتصال ليصبح السائد. لكن, هذه مجرد تنبؤات, وبالنظر إلى الوتيرة السريعة للتطور التكنولوجي في جميع أنحاء العالم, فقط عن طريق تعزيز R&قدرات D يمكن للمرء مواكبة الأوقات.
تأسست TKT في 1998, وبدأ البحث وتصنيع BTMS في 2014. لقد تعاوننا بالفعل مع شركات صناعة السيارات ذات الشهرة العالمية مثل BYD و Tata Motors في مشاريع التطوير المخصصة. إذا كنت مهتمًا بالإدارة الحرارية للبطارية, لا تتردد في ترك رسالة للتشاور.