مع التطور السريع لصناعة السيارات الكهربائية، ازداد استخدام المركبات الكهربائية النقية. أثناء التشغيل العادي للسيارة، تُولّد بطاريات الليثيوم حرارة عالية. لضمان التشغيل الآمن لبطاريات الليثيوم، من الضروري إجراء إدارة حرارية لها.
تتميز تقنيات التبريد الهوائي والتبريد السائل الشائعة الاستخدام حاليًا بضعف التحكم في درجة الحرارة، وتعقيد خطوط الأنابيب، وزيادة استهلاك الطاقة. من خلال تحليل الأسباب الرئيسية لتوليد مصادر الحرارة في بطاريات الليثيوم للسيارات الكهربائية النقية، واستخدام نموذج لتوليد الحرارة لتحليل توليد الحرارة أثناء تشغيل السيارة، تلخص هذه الورقة البحثية أساليب الإدارة الحرارية لبطاريات الليثيوم باستخدام التبريد الهوائي، والتبريد السائل، وتبريد الأنابيب الحرارية، وتبريد مواد تغيير الطور، وطرق التبريد المركبة.
تعتمد طريقة التبريد بالصفائح السائلة على نقل الحرارة عبر تدفق سائل. وبالمقارنة مع أنظمة التبريد الهوائي، تتميز هذه الطريقة بمعامل نقل حرارة أعلى وسرعة تبريد أكبر، إلا أنها تتطلب تكاليف إنتاج أعلى ومتطلبات إحكام إغلاق أكثر صرامة، مما لا يُسهم في تصميم خفيف الوزن. وتستخدم سيارات كهربائية مثل BYD وGeely Emgrand وTesla التبريد السائل لإدارة حرارة بطارياتها.
أصدرت CATL تقنية CTP3. بطارية كيرين مزودة بلوحة مبردة بالماء موضوعة بين الأسطح الكبيرة لخلايا البطارية، مما يُحسّن بشكل كبير من كفاءة تبادل الحرارة فيها. فيما يلي تحليل لنتائج أبحاث طرق التبريد السائل. استخدم تانغ وآخرون طريقة تبريد سائل بأنبوب مسطح ذي قنوات دقيقة، تعتمد على زاوية تلامس سطحية متدرجة بمقدار 15 درجة، والتي يمكنها التحكم في درجة الحرارة ضمن 35 درجة مئوية وفرق درجة الحرارة ضمن درجتين مئويتين عند معدل تفريغ 2 درجة مئوية ضمن 2 درجة مئوية.
استخدم WANG وآخرون خوارزمية وراثية متعددة الأهداف لتحسين معلمات القناة ذات الشكل الثعباني وسرعة تدفق المياه، مما أدى إلى انخفاض درجة الحرارة القصوى 311 لوحدة البطارية 2K إلى 308 6K، وانخفض الضغط الأقصى من 578 9Pa إلى 502 0Pa، مع متوسط درجة حرارة 308 7K انخفض إلى 306 0K، مع تأثير جيد للتحكم في درجة الحرارة.
بالنسبة للوحة تبريد البطارية، نستخدم عادةً عملية اللحام الاحتكاكي بالتحريك أو تقنية التشكيل لتحقيق تبادل سائل التبريد. أي أن سائل المنطقة الباردة، بفعل قناة التدفق، يسحب الحرارة المتولدة من البطارية على اللوحة الباردة، ثم يبدد الحرارة في الهواء من خلال ضاغط أو مبرد.
تُعدّ درجة الحرارة عاملاً رئيسياً يؤثر على أداء بطاريات الليثيوم أيون في المركبات الكهربائية، وتُعدّ الإدارة الحرارية الفعّالة لها بالغة الأهمية لتطوير المركبات الكهربائية النقية. في الوقت الحالي، يُعدّ التبريد الهوائي والتبريد السائل الأكثر استخداماً في السوق. لا تزال الإدارة الحرارية لمواد تغيير الطور المركبة قيد البحث التجريبي بسبب بدايتها المتأخرة. تتميز هذه المواد بحرارة كامنة عالية وتجانس ممتاز في درجة الحرارة، مما يُمكّنها من تحقيق إدارة حرارية خالية من استهلاك الطاقة.
مع ذلك، لا تزال الإدارة الحرارية لمادة مركبة واحدة متغيرة الطور بحاجة إلى تحسين من حيث التوصيل الحراري، وأداء التحكم في درجة الحرارة، ومنع التسرب، ومقاومة اللهب، وغيرها. مع تزايد الأداء العام للسيارات الكهربائية النقية، يصعب تلبية الطلب على طريقة إدارة حرارية واحدة.
إن الجمع بين طرق التبريد المتعددة يُكمّل مزايا بعضها البعض، ويُحسّن أداء الإدارة الحرارية بشكل كامل، وهو ما يُمثّل التوجه المُستقبلي لتطوير أساليب الإدارة الحرارية. خلال عملية البحث، من الضروري إجراء اختبارات شاملة لنظام الإدارة الحرارية للبطارية، بالإضافة إلى ضمان سلامته واستقراره، لضمان جدواه الاقتصادية وملاءمته للإنتاج على نطاق واسع.
