كيف تعمل أنظمة الإدارة الحرارية للبطارية في الحدود الإلكترونية

يعتمد أداء الحافلات الكهربائية على أداء بطاريات الطاقة ؛ لذلك ، ترتبط درجة حرارة تشغيل بطاريات الطاقة ارتباطًا وثيقًا بأدائها وتأثيراتها أيضًا حياتهم وسلامتها. وبالتالي فإن نظام إدارة درجة حرارة بطاريات الطاقة هو أيضًا أمر بالغ الأهمية.
تدعو الإدارة الحرارية لبطاريات الطاقة إلى تسخينها في درجات حرارة منخفضة وتبريدها في ارتفاعها.

أنواع نظام الإدارة الحرارية للبطارية

1.1 طرق تبريد البطارية
تشمل طرق التبريد لبطاريات الطاقة بشكل أساسي تبريد الهواء الطبيعي ، وتبريد الهواء القسري ، والتبريد السائل ، والتبريد المباشر للبرودة.

-تبريد الهواء: من خلال إدخال رياح تكييف الهواء أو الرياح الطبيعية أو الرياح الحملية خارج السيارة في مقصورة البطارية ، يتم تقليل درجة حرارة البطارية.

التبريد السائل: اعتمد على منفذ الهواء لنظام تكييف الهواء أو مبرد معدات التبريد المستقلة لتبريد المبرد ، ثم نقل المبرد إلى المبادل الحراري في حزمة البطارية لتبريد خلية البطارية.

-التبريد المباشر: قم بتقديم مبرد معدات التبريد مباشرة في المبادل الحراري في حزمة البطارية لتبريد خلية البطارية عن طريق توصيل الحرارة.

المقارنة بين طرق التبريد المختلفة هي كما يلي:

◆ تبريد الهواء الطبيعي: يتأثر أداء التبريد بالبيئة الخارجية ، لا يتطلب النظام تحكمًا إضافيًا ، ولا استهلاك للطاقة ، واحتلال مساحة صغيرة ، وتكلفة منخفضة ، وعملية موثوقة ، ومخاطر منخفضة من الخوض في المياه.

◆ تبريد الهواء القسري: أداء التبريد متوسط ​​، وحجم النظام كبير ، ولكن الوزن خفيف ، واستهلاك الطاقة منخفض ، وسهلة التحكم ، وتكلفة النظام منخفضة ، والعملية موثوقة ، وخطر الخوض المياه مرتفع.

◆تبريد سائل: تأثير التبريد جيد ، وحجم النظام معتدل ، ومبدأ التحكم ناضج ، وصعوبة التنفيذ معتدلة. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لها نظام ثقيل ، واستهلاك الطاقة العالي ، وأعلى تكلفة ، ومتوسط ​​موثوقية العملية ، ومخاطر عالية من الخوض في المياه. حاليًا ، يعد التبريد السائل هو الحل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الصناعة.

◆تبريد التبريد المباشر: تأثير التبريد هو الأفضل ، وحجم النظام صغير ، والوزن هو الضوء ، واستهلاك الطاقة منخفض ، وتكاليف النظام معتدلة ، ولكن التحكم معقدة ، والصعوبة التقنية عالية ، وموثوقية العملية عالية ، وخطر التجول في المياه. في الوقت الحاضر ، لا يزال التبريد المباشر المبرد في مرحلة البحث ولم يتم استخدامه بعد على نطاق واسع.

على الرغم من أن كفاءة التبادل الحراري للتبريد المباشر المبرد مرتفع ، عندما يتبخر المبرد في حزمة البطارية ، فإن اختلاف درجة الحرارة في أماكن مختلفة كبيرة ، مما يؤثر على توحيد درجة حرارة البطارية وبالتالي يقلل من أداء الشحن والتفريغ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطلب على الطاقة الحافلات كبيرة ، وعدد حزم البطارية كبيرة ، كما أن تخطيط خط الأنابيب لنظام التبريد المباشر المبرد معقد نسبيًا ، وهناك خطر من التسرب.

1.2 طريقة تسخين البطارية

في الوقت الحاضر ، تشمل طرق تسخين بطارية الطاقة الشائعة بشكل أساسي:

◆تسخين فيلم التدفئة الكهربائية: دمج فيلم التدفئة الكهربائية داخل حزمة البطارية لتسخين خلية البطارية مباشرة.
- عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أعلى من 0 ℃ ، يكون لهذه الطريقة تأثير تسخين جيد ، ولا يلزم وجود تحكم إضافي ، واستهلاك الطاقة المنخفضة ، والتكلفة المنخفضة ، ومهنة المساحة الصغيرة ، وسهولة التنفيذ.
- عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من 0 ℃ ، يتم تقليل تأثير التدفئة بشكل كبير وعادة ما لا يستخدم.

◆التدفئة السائلة الكهربائية: قم بتوصيل سخان سائل كهربائي في سلسلة في حلقة الدورة المائية لحزمة البطارية الإدارة الحرارية لتسخين التجمد لزيادة درجة حرارة البطارية.
- هذه الطريقة لها تأثير جيد للتدفئة ، وحجم النظام المعتدل ، ومهنة أقل ، ومبدأ التحكم الناضج ، وموثوقية العملية العالية ، وصعوبة منخفضة في التنفيذ.
- على الرغم من أن التكلفة مرتفعة نسبيًا ، إلا أنها تستخدم حاليًا على نطاق واسع في أنظمة تسخين البطاريات نظرًا لاستقرارها وكفاءتها.

هيكل ومبدأ العملنظام الإدارة الحرارية للبطارية

سواء كان الشتاء أو الصيف ، فإن درجة حرارة التشغيل العادية للبطارية هي 25 ℃ ± 5 ℃. في فصل الشتاء ، يجب تسخينه بواسطة معدات الإدارة الحرارية للبطارية ، ودرجة حرارة الماء المستهدفة للتدفئة هي 25 ℃ 5 ℃ ؛ في الصيف ، يجب تبريده بواسطة نظام BTMS ، ودرجة حرارة الماء المستهدفة للتبريد هي أيضًا 25 ℃ 5 ℃. يقدم ما يلي ثلاثة أنواع من أنظمة الإدارة الحرارية للبطارية المبردة بالسائل (المدفأة) بشكل شائع في الحافلات. هذه الأنواع الثلاثة من الإدارة الحرارية للبطاريات هي أنظمة التدفئة والتبريد المدمجة. وفقًا لاستخدام ودرجة الحرارة المحيطة للحافلات الكهربائية النقية ، عندما يحتاج النظام إلى تبريد النظام ، يتم تبريد التجمد مباشرة من خلال المبادل الحراري لـ BTMS ؛ عندما يحتاج النظام إلى تسخينه ، فإن سخان السائل الكهربائي PTC متصل في سلسلة في نظام الدورة الدموية في BTMS يسخن التجمد.

نموذج وحدة بسيط

تكوين النظام

تتكون الوحدة البسيطة بشكل أساسي من مبادل حراري للوحة ، ومضخة مياه ، ومروحة ، وسخان سائل كهربائي PTC. يظهر مبدأه في الشكل 1 ، ويظهر في الشكل 2 تكوينه.

1 - المبادل الحراري للوحة 2、5 - صمام الملف اللولبي 3、4 - مستشعر درجة حرارة الماء ؛ 6 - سخان PTC 7 - مروحة 8 - وحدة التحكم 9 - مضخة المياه

مبدأ العمل

• وضع التبريد

عندما يتلقى النظام إشارة تبريد ، يتم فتح صمام الملف اللولبي 2 ويغلق صمام الملف اللولبي 5.
تبدأ المروحة ومضخة الماء في الجري ، واستخراج الهواء البارد من قناة تكييف الهواء ، وتبريد التجمد من خلال المبادل الحراري للوحة داخل الوحدة.
يتم نقل التجمد المبرد إلى المبادل الحراري داخل البطارية بواسطة مضخة المياه ، ويتم تبادل الحرارة مع خلية البطارية لتقليل درجة حرارة البطارية.

• وضع التدفئة

عندما يتلقى النظام إشارة تسخين ، يتم إغلاق صمام الملف اللولبي 2 وفتح صمام الملف اللولبي 5.
يبدأ سخان السائل الكهربائي PTC ومضخة المياه داخل الوحدة لتسخين التجمد في النظام.
يدور التجمد الساخن في المبادل الحراري داخل حزمة البطارية ، ويزيد من درجة حرارة البطارية من خلال توصيل الحرارة.

• وضع دوران الذات

بالإضافة إلى وظائف التدفئة والتبريد ، فإن الوحدة المبردة بالمياه لديها أيضًا وظيفة تدوير ذاتي لتقليل اختلاف درجة الحرارة داخل البطارية.
عندما ترسل BTMS أمرًا للدوران الذاتي ، يتوقف سخان PTC ومروحة عن الجري ، لكن مضخة المياه تستمر في العمل ، وتجميد التجمد في دائرة الماء لضمان درجة حرارة البطارية الموحدة.

ميزات ونطاق التطبيق

✅ المزايا

هيكل بسيط وتكلفة منخفضة.
امتلاك وظائف التبريد والتدفئة والتداول الذاتي الأساسية.

❌ القيود
اعتمد على مكيف الهواء المقصورة لتوفير الهواء البارد ، والذي يتأثر بشكل كبير بحالة تشغيل نظام تكييف الهواء.
سعة التبريد محدودة. نظرًا لعدم وجود نظام تبريد مستقل ، عادة ما تكون قوة التبريد أقل من 2 كيلوواط ، والتي يصعب تلبية احتياجات البطاريات عالية الطاقة.
إنه مناسب للبطاريات البطيئة الشحن ذات الشحن المنخفض وتفريغه ، وغالبًا ما يتم استخدامه في الحافلات الهجينة ، ولكن ليس للحافلات الكهربائية النقية ذات متطلبات التحكم في درجة الحرارة الأكثر صرامة.

نموذج الوحدة غير المستقل

تكوين النظام ومبدأ العمل

تستخدم الوحدة غير المستقلة المبرد لنظام تكييف الهواء للتحكم في درجة حرارة البطارية ، دون الحاجة إلى نظام تبريد منفصل. يظهر تكوينه في الشكل.

- المبخر 1: يوفر مبخر تكييف الهواء في المقصورة الهواء البارد لمنطقة الركاب.
-المبخر 2: إن مبخر الوحدة المبردة بالماء مسؤول عن تبريد التجمد وتوصيل التجمد منخفض الحرارة إلى مبادل حرارة البطارية لتقليل درجة حرارة البطارية.
- دائرة التبريد: يتم توصيل مبخران بالتوازي ، وتبادل المكونات الرئيسية مثل الضاغط والمكثف وزجاجة التجفيف. يتم التحكم في تدفق المبرد بواسطة صمامات الملف اللولبي 1 و 2 ، وصمامات التمدد 1 و 2 مسؤولة عن تنظيم تدفق المبردات.

وضع التبريد
- يتم فتح صمام الملف اللولبي 2 ، ويدخل المبرد المبخر 2 لتبادل الحرارة مع التجمد لتبريد التجمد.
- يدور التجمد منخفض الحرارة في مبادل حرارة حزمة البطارية لتقليل درجة حرارة البطارية.

وضع التدفئة
- تم إغلاق صمام الملف اللولبي 2 ، وبدأت مضخة المياه وسخان السائل الكهربائي PTC ، ويدخل التجمد في المبادل الحراري للبطارية بعد تسخين البطارية.

وضع دوران الذات
- يتم إغلاق صمام الملف اللولبي 2 ، ويتوقف PTC عن العمل ، فقط مضخة المياه تعمل ، ويتم توجيه التجمد في دائرة الماء لموازنة درجة حرارة البطارية ومنع اختلاف درجة الحرارة المفرطة.

ميزات ونطاق التطبيق

✅ المزايا
- لا يلزم نظام تبريد إضافي ، مما يقلل من تكاليف المعدات.
-سعة التبريد القوية (≥6kw) ، مناسبة للحافلات الكهربائية النقية مع بطاريات عالية الشحن عالية معدل.

❌ القيود
- يؤثر على تبريد منطقة الركاب ، وسيضعف تحويل المبرد تأثير تكييف الهواء ويزيد من حمل النظام.
- مطابقة النظام معقدة ، ومصنعي تكييف الهواء ونماذج من النماذج المختلفة غير ثابتة ، مما يجعل من الصعب مطابقة وحدة تبريد المياه مع تكييف الهواء.
- يكون التثبيت محدودًا ، ويكون خطوط أنابيب الضغط العالية والمنخفضة طويلة ، خاصةً عندما يتم وضع البطارية في الأسفل ، يكون الاتصال بين تكييف الهواء ووحدة تبريد الماء أكثر صعوبة.
- منطق التحكم معقد ، ويجب تنسيق الطلب على تبريد البطارية ونظام تكييف الهواء للمركبة ، ومتطلبات استراتيجية التحكم عالية.

السيناريوهات المعمول بها:

- ينطبق على بطاريات الشحن السريع مع ارتفاع معدلات الشحن والتفريغ.
- مناسبة للحافلات الكهربائية النقية ذات المتطلبات العالية لسعة التبريد (≥6kw).

نموذج وحدة مستقلة

مبدأ النظام والهيكل

الوحدة المستقلة تعادل نظام تكييف الهواء الكهربائي النقي الصغير مع نظام تبريد مستقل وكامل. يكمن الفرق الرئيسي في بنية المبخر:

- يتم استخدام مبخر تكييف الهواء العادي للتبادل الحراري بين مبرد تكييف الهواء والهواء ؛
- يتم استخدام المبخر للوحدة المستقلة للتبادل الحراري بين مبرد تكييف الهواء ومضاد التجمد.

• يتبنى هذا المبادل الحراري الفريد عمومًا بنية قذيفة وأنبوب ، حيث:

- الأنبوب الداخلي ينقل المبرد.

- الأنبوب الخارجي ينقل ماء التبريد.

- يتم توزيع الزعانف بين طبقتين من الأنابيب لزيادة منطقة التبادل الحراري وتحسين كفاءة تبادل الحرارة.

• هناك نموذجان للتصميم للوحدات المستقلة:

- تصميم متكامل

- تصميم تقسيم

مبدأ العمل

وضع التبريد

- بعد أن يستقبل النظام إشارة التبريد ، يبدأ المروحة ومضخة المياه.
- تبادل المبرد حرارة مع التجمد من خلال المبادل الحراري للوحة لتقليل درجة حرارة التجمد.
- يدخل التجمد في المبادل الحراري للبطارية من خلال دوران مضخة المياه لتحقيق تبريد البطارية.

وضع التدفئة

- بعد أن يستقبل النظام إشارة التدفئة ، يبدأ سخان السائل الكهربائي PTC ومضخة الماء.
- بعد تسخين التجمد ، يتدفق إلى المبادل الحراري داخل البطارية لزيادة درجة حرارة البطارية من خلال تبادل الحرارة.

ميزات ونطاق التطبيق

✅ المزايا
- يمكن للنظام المستقل ، الذي لا يتأثر بأداء تبريد تكييف الهواء ، أن يستجيب بسرعة للتغيرات في درجة حرارة البطارية.
- تخطيط مرن ، يمكن ضبط الطاقة حسب الحاجة لتلبية احتياجات التبريد المختلفة.
- منطق التحكم بسيط ، لأن هناك نظام تبريد مستقل ، ليست هناك حاجة للنظر في احتياجات التبريد لتكييف الهواء في منطقة الركاب.
- سعة التبريد قابلة للتعديل ، وعادة ما تكون أعلى من 2 كيلوواط ، ومناسبة للحافلات الكهربائية الهجينة أو النقية مع بطاريات شحن سريعة عالية معدل.

❌ القيود
- مقارنة بنظام الوحدة غير المستقلة ، تحتوي الوحدة المستقلة على مجموعة إضافية من الضواغط والمكثفات للتبريد المستقل ، والتكلفة أعلى قليلاً. ولكن نظرًا لأنه نظام مستقل ، فإن منطق التحكم هو أبسط من المنطق في الوحدة غير المستقلة.
السيناريوهات المعمول بها:
- ينطبق على بطاريات الشحن السريع مع ارتفاع شحن البطارية وتصريف معدلات التفريغ ، مثل الحافلات الهجينة والحافلات الكهربائية النقية.

خاتمة
كمكون رئيسي في الحافلات الكهربائية ، يؤثر BTMS بشكل مباشر على أداء وسلامة وحياة بطارية الطاقة. لذلك ، في تصميم وتطوير الحافلات الكهربائية ، من المهم للغاية أن يكون لديك فهم عميق وإتقان للهيكل ومبدأ العمل لمعدات الإدارة الحرارية للبطارية. هذا لا يساعد فقط على تحسين الكفاءة الكلية للسيارة ، ولكنه يضمن أيضًا الموثوقية طويلة الأجل للبطارية ، وبالتالي توفير دعم أقوى لتشغيل السيارة.تعرف على المزيد حول نظام الإدارة الحرارية لبطارية Guchen