【التعاون التكنولوجي】 نظام تبريد غمر ثنائي الطور لصواني البطاريات البلاستيكية الحرارية

تُصبح صواني البطاريات المُركّبة من البلاستيك الحراري تقنيةً أساسيةً في قطاع مركبات الطاقة الجديدة. تجمع هذه الصواني بين العديد من مزايا المواد البلاستيكية الحرارية، بما في ذلك خفة الوزن، والمتانة الفائقة، ومقاومة التآكل، ومرونة التصميم، والخصائص الميكانيكية الممتازة. تُعدّ هذه الخصائص أساسيةً لضمان متانة وموثوقية صواني البطاريات. علاوةً على ذلك، يلعب نظام التبريد في حزمة البطاريات البلاستيكية الحرارية دورًا حيويًا في الحفاظ على أداء البطارية، وإطالة عمرها، وضمان تشغيلها الآمن. يضمن نظام إدارة حرارية فعّال الحفاظ على البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة المطلوب في جميع ظروف التشغيل، مما يزيد من كفاءتها وسلامتها.

كتقنية مُمَكِّنة للشحن السريع، تُظهِر شركة Kautex تطبيق تقنية التبريد بالغمر ثنائي الطور، حيث تُستخدم خلية الجر كمبخّر في عملية التبريد. يُحقق التبريد بالغمر ثنائي الطور معدل نقل حرارة عالٍ للغاية يبلغ 3400 واط/م²*ك، مع تعظيم تجانس درجة الحرارة داخل حزمة البطارية عند درجة حرارة التشغيل المُثلى. ونتيجةً لذلك، يُمكن لنظام إدارة الحرارة للبطارية إدارة الأحمال الحرارية بأمان وبشكل دائم عند معدلات شحن تزيد عن 6 درجات مئوية. كما يُمكن لأداء التبريد بالغمر ثنائي الطور أن يُثبِّط بنجاح انتشار الحرارة داخل غلاف البطارية المُركَّب بالحرارة، بينما يُبدِّد التبريد بالغمر ثنائي الطور المُستخدَم الحرارة في البيئة حتى درجة حرارة تصل إلى 30 درجة مئوية. الدورة الحرارية قابلة للعكس، مما يسمح بتسخين البطارية بكفاءة في الظروف المحيطة الباردة. يضمن تطبيق نقل الحرارة بالغليان التدفقي نقل حرارة عاليًا ومستمرًا دون انهيار فقاعات البخار وما يليه من تلف ناتج عن التجويف.

في مفهوم التبريد بالغمر المباشر ثنائي الطور من كاوتكس، يكون السائل على اتصال مباشر بخلايا البطارية داخل غلافها، وهو ما يُعادل المُبخّر في دورة التبريد. يُحسّن غمر الخلايا من استخدام مساحة سطحها لنقل الحرارة، بينما يضمن التبخر المستمر للسائل، أي تغيير الطور، أقصى درجة حرارة موحدة. يُوضح الشكل 2 الرسم التخطيطي.

الشكل 2 مبدأ تشغيل التبريد بالغمر ثنائي الطور

تُعدّ فكرة دمج جميع المكونات اللازمة لتوزيع السوائل مباشرةً في غلاف بطارية من البلاستيك الحراري غير الموصل نهجًا مستدامًا. فعندما يُصنع غلاف البطارية وعلبتها من نفس المادة، يُمكن لحامهما معًا لضمان ثبات هيكل البطارية، مع الاستغناء عن مواد التغليف وتبسيط عملية إعادة التدوير.

أظهرت الدراسات أن طريقة التبريد بالغمر ثنائية الطور باستخدام سائل التبريد SF33 تُظهر قدرات فائقة في تبديد الحرارة عند نقل حرارة البطارية. حافظ هذا النظام على درجات حرارة البطارية في نطاق 34-35 درجة مئوية في جميع ظروف الاختبار، مما يُظهر تجانسًا ممتازًا في درجة الحرارة. سوائل التبريد مثل SF33 متوافقة مع معظم المعادن والبلاستيك والمطاط الصناعي، ولا تُلحق الضرر بمواد غلاف البطارية البلاستيكية الحرارية.

الشكل 3 تجربة قياس انتقال الحرارة لحزمة البطارية [1]

بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة التجريبية بمقارنة استراتيجيات التبريد المختلفة مثل الحمل الحراري الطبيعي والحمل الحراري القسري والتبريد السائل باستخدام سائل التبريد SF33، وأظهرت النتائج أن نظام التبريد بالغمر ثنائي الطور كان فعالًا جدًا في الحفاظ على درجة حرارة خلية البطارية.
بشكل عام، يوفر نظام التبريد بالغمر ثنائي الطور حلاً فعالاً وموحدًا لتبريد البطاريات للسيارات الكهربائية والتطبيقات الأخرى التي تتطلب تخزين الطاقة، مما يساعد على تحسين متانة البطارية وسلامتها.