شركة قوانغدونغ بوسونغ لتكنولوجيا الطاقة الجديدة المحدودة

  • تيك توك
  • واتساب
  • تغريد
  • فيسبوك
  • لينكدإن
  • يوتيوب
  • انستغرام
16608989364363

أخبار

عندما نقوم بالإدارة الحرارية، ما الذي نديره بالضبط؟

منذ عام ٢٠١٤، ازدهرت صناعة السيارات الكهربائية تدريجيًا. ومن بينها، الإدارة الحرارية للمركبات الكهربائية. لأن نطاق المركبات الكهربائية لا يعتمد فقط على كثافة طاقة البطارية، بل يعتمد أيضًا على تقنية نظام الإدارة الحرارية للمركبة. كما أن نظام الإدارة الحرارية للبطارية...تجربةلقد بدأت العملية من الصفر، من الإهمال إلى الاهتمام.

لذا اليوم دعونا نتحدث عنالإدارة الحرارية للسيارات الكهربائيةماذا يديرون؟

أوجه التشابه والاختلاف بين إدارة الحرارة في المركبات الكهربائية وإدارة الحرارة في المركبات التقليدية

تم وضع هذه النقطة في المقام الأول لأنه بعد دخول صناعة السيارات إلى عصر الطاقة الجديد، تغير نطاق وطرق التنفيذ ومكونات الإدارة الحرارية بشكل كبير.

ليست هناك حاجة لقول المزيد عن بنية الإدارة الحرارية لمركبات الوقود التقليدية هنا، وقد أوضح القراء المحترفون تمامًا أن الإدارة الحرارية التقليدية تشمل بشكل أساسينظام إدارة الحرارة لتكييف الهواء ونظام إدارة الحرارة لمجموعة نقل الحركة.

يعتمد تصميم إدارة الحرارة في المركبات الكهربائية على تصميم مركبات الوقود، ويضيف نظام إدارة الحرارة الإلكتروني للمحرك الكهربائي ونظام إدارة الحرارة للبطارية. على عكس مركبات الوقود، تتميز المركبات الكهربائية بحساسية أكبر لتغيرات درجة الحرارة، وتُعدّ درجة الحرارة عاملاً أساسياً في تحديد سلامتها وأدائها وعمرها الافتراضي، كما تُعدّ إدارة الحرارة وسيلةً ضروريةً للحفاظ على نطاق درجة حرارة مناسب ودرجة حرارة موحدة. لذلك، يُعدّ نظام إدارة الحرارة للبطارية بالغ الأهمية، وترتبط إدارة الحرارة للبطارية (تبديد الحرارة/التوصيل الحراري/العزل الحراري) ارتباطاً مباشراً بسلامتها واستمرارية طاقتها بعد الاستخدام طويل الأمد.

لذا، من حيث التفاصيل، هناك الاختلافات الرئيسية التالية.

مصادر الحرارة المختلفة لتكييف الهواء

يتكون نظام تكييف الهواء لشاحنة الوقود التقليدية بشكل أساسي من الضاغط والمكثف وصمام التمدد والمبخر والأنابيب وغيرهاعناصر.

عند التبريد يتم تبريد السيارة عن طريق الضاغط، ويتم إزالة الحرارة الموجودة في السيارة لخفض درجة الحرارة، وهذا هو مبدأ التبريد. لأنعمل الضاغط يجب أن يتم تشغيله بواسطة المحرك، فإن عملية التبريد ستزيد من العبء على المحرك، وهذا هو السبب الذي يجعلنا نقول أن تكييف الهواء في الصيف يكلف زيتًا أكثر.

في الوقت الحالي، تعتمد معظم عمليات تدفئة المركبات التي تعمل بالوقود على حرارة سائل تبريد المحرك، حيث تُستخدم كمية كبيرة من الحرارة المُهدرة الناتجة عن المحرك لتدفئة مكيف الهواء. يتدفق سائل التبريد عبر المبادل الحراري (خزان الماء) في نظام الهواء الدافئ، ويتم تبادل حرارة الهواء المنقول بواسطة المنفاخ مع سائل تبريد المحرك، ثم يُسخّن الهواء ويُرسل إلى السيارة.

ومع ذلك، في البيئة الباردة، يحتاج المحرك إلى العمل لفترة طويلة لرفع درجة حرارة الماء إلى درجة الحرارة المناسبة، ويحتاج المستخدم إلى تحمل البرد لفترة طويلة في السيارة.

يعتمد تدفئة مركبات الطاقة الجديدة بشكل رئيسي على السخانات الكهربائية، وتشمل هذه السخانات سخانات هوائية وسخانات مياه. يشبه مبدأ سخان الهواء مبدأ مجفف الشعر، حيث يسخن الهواء الدائر مباشرةً عبر صفيحة التسخين، مما يوفر هواءً ساخنًا للسيارة. يمتاز سخان الهواء بسرعة وقت التسخين، وكفاءة الطاقة العالية، ودرجة حرارة التسخين العالية. أما عيبه، فهو جفاف هواء التسخين، مما يُشعر الجسم بالجفاف. يشبه مبدأ سخان الماء مبدأ سخان الماء الكهربائي، حيث يسخن سائل التبريد عبر صفيحة التسخين، ويتدفق سائل التبريد عالي الحرارة عبر قلب الهواء الدافئ، ثم يُسخّن الهواء الدائر لتحقيق تدفئة داخلية. مدة تسخين سخان الماء أطول قليلاً من سخان الهواء، ولكنه أسرع بكثير من سيارة الوقود، كما أن أنبوب الماء يفقد الحرارة في بيئة منخفضة الحرارة، وكفاءة الطاقة أقل قليلاً. تستخدم سيارة Xiaopeng G3 سخان الماء المذكور أعلاه.

سواء كان الأمر يتعلق بتسخين الرياح أو تسخين المياه، فإن المركبات الكهربائية تحتاج إلى بطاريات طاقة لتوفير الكهرباء، ويتم استهلاك معظم الكهرباء فيتكييف الهواء والتدفئة في بيئات منخفضة الحرارة. يؤدي هذا إلى تقليل مدى قيادة المركبات الكهربائية في بيئات منخفضة الحرارة.

مقارنةمع مشكلة سرعة التسخين البطيئة لمركبات الوقود في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، فإن استخدام التدفئة الكهربائية للمركبات الكهربائية يمكن أن يقلل بشكل كبير من وقت التسخين.

الإدارة الحرارية لبطاريات الطاقة

بالمقارنة مع إدارة الحرارة لمحرك المركبات التي تعمل بالوقود، فإن متطلبات إدارة الحرارة لنظام الطاقة في المركبات الكهربائية أكثر صرامة.

نظرًا لأن أفضل نطاق لدرجة حرارة عمل البطارية صغير جدًا، فمن المطلوب عمومًا أن تكون درجة حرارة البطارية بين 15 و40 درجة مئوية.° ج. ومع ذلك، فإن درجة الحرارة المحيطة التي تستخدمها المركبات عادة تتراوح بين -30 و40 درجة مئوية.° ج، وظروف قيادة المستخدمين الفعليين معقدة. يتطلب التحكم الحراري تحديدًا دقيقًا لظروف قيادة المركبات وحالة البطاريات، والتحكم الأمثل في درجة الحرارة، والسعي لتحقيق التوازن بين استهلاك الطاقة وأداء المركبة وأداء البطارية والراحة.

641

من أجل تخفيف قلق المدى، أصبحت سعة بطارية السيارة الكهربائية أكبر وأكبر، وأصبحت كثافة الطاقة أعلى وأعلى؛ في الوقت نفسه، من الضروري حل التناقض المتمثل في وقت انتظار الشحن الطويل جدًا للمستخدمين، وظهر الشحن السريع والشحن السريع للغاية.

من حيث التحكم الحراري، يُنتج الشحن السريع ذو التيار العالي حرارةً أكبر ويزيد من استهلاك البطارية للطاقة. فإذا ارتفعت درجة حرارة البطارية بشكل مفرط أثناء الشحن، فقد لا يقتصر الأمر على المخاطر الأمنية فحسب، بل قد يؤدي أيضًا إلى مشاكل مثل انخفاض كفاءتها وتسارع تآكل عمرها. تصميمنظام إدارة الحرارةهو اختبار صعب.

إدارة الحرارة في المركبات الكهربائية

تعديل راحة الركاب في المقصورة

تؤثر البيئة الحرارية الداخلية للمركبة بشكل مباشر على راحة الركاب. وبالاعتماد على النموذج الحسي لجسم الإنسان، تُعدّ دراسة تدفق الحرارة وانتقالها داخل الكابينة وسيلةً مهمةً لتحسين راحة وأداء المركبة. ويُؤخذ بعين الاعتبار تأثير ذلك على راحة الركاب، بدءًا من تصميم هيكل المركبة، ومخرج تكييف الهواء، وتأثر زجاج المركبة بأشعة الشمس، وتصميم هيكلها بالكامل، بالإضافة إلى نظام تكييف الهواء.

عند قيادة مركبة، لا ينبغي للمستخدمين تجربة الشعور بالقيادة الناتج عن قوة السيارة القوية فحسب، بل إن راحة بيئة المقصورة هي أيضًا جزء مهم.

التحكم في ضبط درجة حرارة تشغيل بطارية الطاقة

ستواجه البطارية أثناء استخدام هذه العملية الكثير من المشاكل، وخاصة في درجة حرارة البطارية، حيث أن بطارية الليثيوم في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة للغاية يكون إضعاف الطاقة فيها خطيرًا، وفي بيئة ذات درجة حرارة عالية تكون عرضة لمخاطر السلامة، واستخدام البطاريات في الحالات القصوى من المرجح جدًا أن يسبب ضررًا للبطارية، وبالتالي تقليل أداء البطارية وعمرها.

الهدف الرئيسي من الإدارة الحرارية هو ضمان عمل حزمة البطارية دائمًا ضمن نطاق درجة الحرارة المناسب للحفاظ على أفضل حالة تشغيل لها. يتضمن نظام الإدارة الحرارية للبطارية ثلاث وظائف رئيسية: تبديد الحرارة، والتسخين المسبق، ومعادلة درجة الحرارة. يتم ضبط تبديد الحرارة والتسخين المسبق بشكل أساسي لمراعاة تأثير درجة حرارة البيئة الخارجية على البطارية. تُستخدم معادلة درجة الحرارة لتقليل فرق درجة الحرارة داخل حزمة البطارية ومنع التلف السريع الناتج عن ارتفاع درجة حرارة جزء معين منها.

تنقسم أنظمة إدارة الحرارة للبطاريات المستخدمة في المركبات الكهربائية الموجودة حاليًا في السوق بشكل أساسي إلى فئتين: التبريد بالهواء والتبريد بالسائل.

مبدأنظام إدارة حرارية مبرد بالهواء يشبه إلى حد كبير مبدأ تبديد الحرارة في الكمبيوتر، حيث يتم تثبيت مروحة تبريد في أحد أقسام حزمة البطارية، والطرف الآخر يحتوي على فتحة تهوية، مما يعمل على تسريع تدفق الهواء بين البطاريات من خلال عمل المروحة، وذلك لإزالة الحرارة المنبعثة من البطارية عندما تعمل.

ببساطة، التبريد الهوائي هو إضافة مروحة إلى جانب حزمة البطارية، وتبريدها بنفخها، لكن الرياح التي تحملها المروحة ستتأثر بالعوامل الخارجية، وستنخفض كفاءة التبريد الهوائي مع ارتفاع درجة الحرارة الخارجية. كما أن نفخ المروحة لا يُخفف الحرارة في الأيام الحارة. يتميز التبريد الهوائي ببنيته البسيطة وتكلفته المنخفضة.

يُزيل التبريد السائل الحرارة الناتجة عن البطارية أثناء العمل عبر سائل التبريد في أنبوب التبريد داخل حزمة البطارية، مما يُخفض درجة حرارتها. ومن خلال الاستخدام الفعلي، يتميز السائل بمعامل نقل حرارة مرتفع، وسعة حرارية كبيرة، وسرعة تبريد أعلى، ويستخدم Xiaopeng G3 نظام تبريد سائل بكفاءة تبريد أعلى.

 

643

ببساطة، مبدأ التبريد السائل هو تركيب أنبوب مائي داخل حزمة البطارية. عند ارتفاع درجة حرارة حزمة البطارية، يُسكب الماء البارد في الأنبوب، فيُسحب الماء البارد الحرارة لتبريدها. أما إذا انخفضت درجة حرارة حزمة البطارية، فيجب تسخينها.

عند قيادة السيارة بقوة أو شحنها بسرعة، تتولد حرارة عالية أثناء شحن البطارية وتفريغها. عند ارتفاع درجة حرارة البطارية، يُشغّل الضاغط، فيتدفق سائل التبريد منخفض الحرارة عبر أنبوب التبريد في مبادل حرارة البطارية. يتدفق سائل التبريد منخفض الحرارة إلى حزمة البطارية لسحب الحرارة، مما يسمح للبطارية بالحفاظ على أفضل نطاق لدرجة الحرارة، مما يُحسّن بشكل كبير من سلامة وموثوقية البطارية أثناء استخدام السيارة ويُقلل من وقت الشحن.

في الشتاء القارس، وبسبب انخفاض درجة الحرارة، ينخفض ​​نشاط بطاريات الليثيوم، ويتراجع أداؤها بشكل كبير، ولا يمكنها التفريغ عالي الطاقة أو الشحن السريع. في هذه الحالة، يُشغّل سخان الماء لتسخين سائل التبريد في دائرة البطارية، فيقوم سائل التبريد عالي الحرارة بتسخين البطارية. هذا يضمن قدرة السيارة على الشحن السريع وطول مسافة القيادة في بيئات منخفضة الحرارة.

التحكم الإلكتروني في المحرك الكهربائي والأجزاء الكهربائية عالية الطاقة وتبريد تبديد الحرارة

حققت مركبات الطاقة الجديدة وظائف كهربة شاملة، وتم تحويل نظام طاقة الوقود إلى نظام طاقة كهربائية. تصل طاقة بطارية الطاقة إلىجهد تيار مستمر 370 فولت لتوفير الطاقة والتبريد والتدفئة للمركبة، ولتزويد مختلف مكوناتها الكهربائية بالطاقة. أثناء قيادة المركبة، تُولّد المكونات الكهربائية عالية القدرة (مثل المحركات، ومحولات التيار المستمر، ووحدات التحكم في المحركات، وغيرها) حرارة عالية. قد تُسبب درجة حرارة الأجهزة الكهربائية العالية تعطل المركبة، وانخفاضًا في طاقتها، بل وحتى مخاطر على السلامة. يجب أن تُبدد إدارة حرارة المركبة الحرارة المتولدة في الوقت المناسب لضمان بقاء المكونات الكهربائية عالية القدرة ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل الآمن.

يعتمد نظام التحكم الإلكتروني للدفع الكهربائي G3 على تبديد حرارة التبريد السائل لإدارة الحرارة. يتدفق سائل التبريد في أنبوب نظام الدفع الإلكتروني للمضخة عبر المحرك وأجهزة التسخين الأخرى لتبديد حرارة الأجزاء الكهربائية، ثم يتدفق عبر المبرد في شبكة السحب الأمامية للسيارة، حيث يتم تشغيل المروحة الإلكترونية لتبريد سائل التبريد عالي الحرارة.

بعض الأفكار حول التطور المستقبلي لصناعة الإدارة الحرارية

استهلاك منخفض للطاقة:

بهدف تقليل استهلاك الطاقة الكبير الناتج عن تكييف الهواء، حظي تكييف هواء المضخة الحرارية باهتمام متزايد. على الرغم من أن نظام المضخة الحرارية العام (الذي يستخدم مادة التبريد R134a) يواجه بعض القيود في البيئة المستخدمة، مثل درجات الحرارة المنخفضة للغاية (أقل من -10 درجة مئوية)،° ج) لا يعمل، فالتبريد في بيئة ذات درجة حرارة عالية لا يختلف عن تكييف هواء السيارة الكهربائية العادية. ومع ذلك، في معظم أنحاء الصين، يُقلل فصلا الربيع والخريف (درجة الحرارة المحيطة) من استهلاك تكييف الهواء للطاقة بشكل فعال، حيث تبلغ نسبة كفاءة الطاقة ضعفين إلى ثلاثة أضعاف نسبة كفاءة السخانات الكهربائية.

انخفاض الضوضاء:

بعد أن لا يكون للسيارة الكهربائية مصدر ضوضاء المحرك، فإن الضوضاء الناتجة عن تشغيلالضاغطومن السهل على المستخدمين الشكوى من المروحة الإلكترونية الأمامية عند تشغيل مكيف الهواء للتبريد. تساعد منتجات المراوح الإلكترونية الفعّالة والهادئة وضواغط الإزاحة الكبيرة على تقليل ضوضاء التشغيل مع زيادة سعة التبريد.

منخفضة التكلفة:

تعتمد طرق التبريد والتدفئة في أنظمة الإدارة الحرارية بشكل أساسي على نظام التبريد السائل، ويزداد الطلب على التدفئة في بيئات منخفضة الحرارة لتدفئة البطاريات وتكييف الهواء. يتمثل الحل الحالي في زيادة السخان الكهربائي لزيادة إنتاج الحرارة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة القطع واستهلاك الطاقة. إذا أحدثت ثورة في تكنولوجيا البطاريات حلاً أو خفض متطلبات درجات الحرارة القاسية للبطاريات، فسيؤدي ذلك إلى تحسين كبير في تصميم وتكلفة أنظمة الإدارة الحرارية. كما أن الاستخدام الفعال للحرارة المهدرة الناتجة عن المحرك أثناء تشغيل السيارة سيساعد أيضًا في تقليل استهلاك الطاقة في نظام الإدارة الحرارية، مما يؤدي إلى تقليل سعة البطارية، وتحسين مدى القيادة، وخفض تكلفة السيارة.

ذكي:

يتجه تطوير السيارات الكهربائية نحو الاعتماد على الكهرباء بشكل كبير، حيث تقتصر مكيفات الهواء التقليدية على وظائف التبريد والتدفئة فقط، مما أدى إلى تطويرها لتصبح ذكية. يمكن تحسين مكيف الهواء بشكل أكبر ليدعم البيانات الضخمة بناءً على عادات مستخدمي السيارات، مثل السيارات العائلية، حيث يمكن ضبط درجة حرارة مكيف الهواء بذكاء لتناسب مختلف الأشخاص بعد ركوب السيارة. شغّل مكيف الهواء قبل الخروج لضمان وصول درجة الحرارة داخل السيارة إلى درجة حرارة مريحة. يمكن لمخرج الهواء الكهربائي الذكي ضبط اتجاه مخرج الهواء تلقائيًا وفقًا لعدد الأشخاص في السيارة وموقعهم وحجم الجسم.


وقت النشر: ٢٠ أكتوبر ٢٠٢٣