ما نوع نظام التبريد الذي تستخدمه بطاريات السيارات الكهربائية وكيف يعمل؟

هل سبق لك أن دخلت محطة شحن سريعة في صباح شديد البرودة دون إخطار سيارتك الكهربائية أولاً، ووجدت أنها تشحن بشكل أبطأ؟ اتضح أنه إذا قمت بتعيين نفس الشاحن كوجهة في نظام الملاحة في السيارة، فإن العديد من المركبات الكهربائية ستستخدم الوقت الذي تستغرقه القيادة هناك لإعداد البطارية. إنه شيء يطلب دليل تسلا من المالكين القيام به قبل 30 إلى 45 دقيقة من الوصول، بينما تذهب بورش إلى حد التحذير من أنه بدون القيام بذلك، قد تكون طاقة شحن السيارة أقل.

يعد روتين الإحماء هذا جزءًا من نظام الإدارة الحرارية لبطارية السيارة الكهربائية في معظم السيارات الحديثة. إلى جانب ذلك عادة ما تكون هناك حلقة تبريد، والتي تستخدم سائل التبريد الذي يتم ضخه عبر أنابيب أو ألواح معدنية يتم ضغطها على البطارية، حيث تقوم بتجميع الحرارة وتحملها إلى المبرد أو إلى نظام تكييف الهواء في السيارة.

شركة إدارة الأسطول تحديد الموقع الجغرافي تتبع أكثر من 22,700 EVs لدراسة وجدت أن البطاريات تفقد في المتوسط ​​2.3 بالمائة من صحتها كل عام. وفقدت السيارات في المناخات الحارة حوالي 0.4 نقطة مئوية أكثر سنويًا من تلك الموجودة في المناخات المعتدلة، في حين خسرت السيارات التي تستخدم بشكل متكرر أجهزة الشحن السريعة التي تزيد عن 100 كيلووات 3 في المائة سنويًا مقابل 1.5 في المائة لتلك التي نادراً ما تستخدمها.

بالمعدل المتوسط، ستظل البطارية عند مستوى 77% تقريبًا بعد عقد من الزمن، وذلك تماشيًا مع الأبحاث التي تشير إلى ذلك يمكن أن تدوم بطاريات السيارات الكهربائية لفترة أطول بكثير مما توقعه الخبراء في البداية. عند الشحن السريع، حيث يمكن دفع 300 أمبير أو أكثر عبر حزمة البطارية، يتم توليد الكثير من الحرارة المهدرة ويجب إزالتها. في عام 2021، مراجعة في المجلة الطاقات وجد أن اختلاف درجة الحرارة بأكثر من 5 درجات مئوية عبر الخلية يمكن أن يسرع عملية الشيخوخة بنسبة 25 بالمائة، مما يعني أن نظام التبريد الجيد يجب أن يحافظ على توازن الخلية بأكملها وتنظيمها.

في البطارية الباردة، ترتفع المقاومة الداخلية، ويمكن أن يتسبب الشحن السريع في طلاء الليثيوم، وهو تراكم الليثيوم المعدني على أقطاب الخلية والذي يمكن أن يزداد سوءًا مع انخفاض درجات الحرارة. متكررة، التي درست أكثر من 30 ألف سيارة كهربائية في الولايات المتحدة، وجدت أن البطاريات تصل في المتوسط ​​إلى 78 بالمائة من نطاقها المثالي عند درجات الحرارة المتجمدة، وحوالي 70 بالمائة عند -7 درجات مئوية. تمثل تدفئة المقصورة حوالي ثلثي الطاقة الإضافية التي تستخدمها السيارة الكهربائية في البرد.

استخدمت نيسان ليف الأصلية، منذ عام 2010، تبريد الهواء السلبي لحزمة 24 كيلووات في الساعة، بينما استخدمت تيسلا وجنرال موتورز وفورد أنظمة سائلة. واختبر مالكو ليف في فينيكس 12 سيارة من طرازي 2011 و2012 ووجدوا خسائر في المدى، والتي قالت نيسان إنها أثرت على أقل من 0.3% من الطرازات الأمريكية، كما أشارت شركة نيسان. مراجعة تكنولوجيا معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 2012 الكشف عن الجيل الثالث من نيسان ليف في عام 2025 تحولت أخيرًا إلى بطارية مبردة بالسائل بقدرة 75 كيلووات في الساعة. وتتمثل فائدة التبريد السائل في أنه يحتاج إلى طاقة أقل بمرتين إلى ثلاث مرات من الهواء للحفاظ على العبوة في نفس درجة الحرارة، وفقًا لما ذكره الباحثون. الطاقات، وتستخدمه معظم المركبات الكهربائية الآن نتيجة لذلك.

قرر المهندسون الذين يقفون وراء سيارة BMW i3 تخطي حلقة التبريد تمامًا، واختاروا بدلاً من ذلك تشغيل سائل التبريد من مكيف الهواء مباشرة إلى البطارية. خطت شركة صناعة السيارات البريطانية ماكلارين خطوة أبعد مع سيارتها Speedtail من خلال غمر جميع خلاياها في زيت معزول كهربائيًا، وهي خطوة وصفتها بأنها الأولى من نوعها في سيارة للطرق الإنتاجية. المحاكاة المذكورة في الطاقات وجدت المراجعة أن التبريد بالغمر مثل هذا يمكن أن ينقل الحرارة بشكل أفضل بثلاث مرات من ألواح التبريد.

عادةً ما يتم ربط حلقة تبريد البطارية بالمبرد للأحمال الخفيفة، ومن خلال مبادل حراري، إلى مكيف هواء السيارة للطرق الأثقل مثل الشحن السريع.

لنأخذ نظام الإدارة الحرارية من نيسان كمثال: فهو يقوم بالتبديل بين الوضعين ويوجه الحرارة من الشاحن إلى البطارية أثناء الشحن المنزلي، وهي ميزة يستخدمها طراز Leaf الأحدث لتدفئته. وفي الوقت نفسه، يستخدم طراز Y من Tesla صمامًا يُطلق عليه اسم “Octovalve” لتحريك سائل التبريد بين المحركات والبطارية والإلكترونيات، كما جالوبنيك تم العثور عليها بعد التفكيك الهندسي. تستكشف تسلا أيضًا براءة اختراع لتشغيل محرك الدفع بشكل غير فعال عن قصد، بحيث يمكن للحرارة المهدرة أن تؤدي إلى تدفئة البطارية.

جنرال موتورز تقول ذلك مضخة الحرارة Ultium يجمع الحرارة المهدرة من البطارية وإلكترونيات الطاقة وحتى أجسام الركاب لتدفئة المقصورة، مما يضيف نطاقًا أكبر بنسبة 10 بالمائة تقريبًا. أدخلت الصين مؤخرًا قواعد جديدة تتطلب من المركبات الكهربائية الجديدة أن تثبت أن بطارياتها لا تشتعل أو تنفجر عندما تدخل الخلية في حالة من الانفلات الحراري. ومع ذلك، يعتمد هذا المتطلب على تبريد العبوة وعزلها، مما يمنع الحرارة من الانتشار إلى الخلايا الأخرى.