【التعاون التكنولوجي】 نظام تبريد بالغمر ثنائي الطور لصواني بطاريات من البلاستيك الحراري

أصبحت صواني البطاريات المصنوعة من مركبات اللدائن الحرارية تقنيةً أساسيةً في قطاع مركبات الطاقة الجديدة. تتميز هذه الصواني بالعديد من مزايا مواد اللدائن الحرارية، بما في ذلك خفة الوزن، والقوة الفائقة، ومقاومة التآكل، ومرونة التصميم، والخصائص الميكانيكية الممتازة. تُعد هذه الخصائص بالغة الأهمية لضمان متانة وموثوقية صواني البطاريات. بالإضافة إلى ذلك، يلعب نظام التبريد في حزمة بطاريات اللدائن الحرارية دورًا حيويًا في الحفاظ على أداء البطارية، وإطالة عمرها، وضمان التشغيل الآمن. يضمن نظام إدارة حرارية فعال الحفاظ على درجة حرارة البطارية ضمن النطاق المطلوب في جميع ظروف التشغيل، مما يزيد من كفاءة البطارية وسلامتها.

كتقنية تمكينية للشحن السريع، تُقدّم شركة كاوتكس عرضًا لتطبيق التبريد بالغمر ثنائي الطور، حيث تُستخدم خلية الجر كمبخر في عملية التبريد. يحقق التبريد بالغمر ثنائي الطور معدل نقل حرارة مرتفعًا للغاية يصل إلى 3400 واط/م²·كلفن، مع ضمان أقصى قدر من تجانس درجة الحرارة داخل حزمة البطارية عند درجة حرارة التشغيل المثلى. ونتيجةً لذلك، يستطيع نظام إدارة حرارة البطارية إدارة الأحمال الحرارية بأمان وثبات عند معدلات شحن أعلى من 6C. كما يُسهم أداء التبريد بالغمر ثنائي الطور في منع انتشار الحرارة داخل غلاف البطارية المصنوع من مركب اللدائن الحرارية، بينما يُبدد التبريد بالغمر ثنائي الطور الحرارة في البيئة المحيطة حتى 30 درجة مئوية. الدورة الحرارية قابلة للانعكاس، مما يسمح بتسخين البطارية بكفاءة في الظروف المحيطة الباردة. ويضمن تطبيق نقل الحرارة بالغليان التدفق نقل حرارة عاليًا وثابتًا دون انهيار فقاعات البخار وما يتبعه من تلف ناتج عن التكهف.

في مفهوم التبريد بالغمر المباشر ثنائي الطور من شركة كاوتكس، يكون السائل على اتصال مباشر بخلايا البطارية داخل غلافها، وهو ما يُعادل عمل المبخر في دورة التبريد. يُعظّم غمر الخلايا استخدام مساحة سطحها لنقل الحرارة، بينما يضمن التبخر المستمر للسائل، أي تغير الطور، تجانسًا حراريًا مثاليًا. يوضح الشكل 2 المخطط التوضيحي.

الشكل 2: مبدأ تشغيل التبريد بالغمر ثنائي الطور

تُعدّ فكرة دمج جميع المكونات اللازمة لتوزيع السوائل مباشرةً في غلاف بطارية من مادة بلاستيكية حرارية غير موصلة للكهرباء نهجًا واعدًا ومستدامًا. فعندما يُصنع غلاف البطارية وحاملها من نفس المادة، يُمكن لحامهما معًا لتحقيق استقرار هيكلي، مما يُغني عن استخدام مواد التغليف ويُبسط عملية إعادة التدوير.

أظهرت الدراسات أن طريقة التبريد بالغمر ثنائي الطور باستخدام سائل التبريد SF33 تتميز بقدرات فائقة على تبديد الحرارة ونقل حرارة البطارية. حافظ هذا النظام على درجة حرارة البطارية ضمن نطاق 34-35 درجة مئوية في جميع ظروف الاختبار، مما يدل على تجانس ممتاز في درجة الحرارة. تتوافق سوائل التبريد مثل SF33 مع معظم المعادن والبلاستيك والمطاط، ولن تُلحق الضرر بمواد غلاف البطارية المصنوعة من اللدائن الحرارية.

الشكل 3: تجربة قياس انتقال الحرارة في حزمة البطارية [1]

بالإضافة إلى ذلك، قارنت الدراسة التجريبية استراتيجيات تبريد مختلفة مثل الحمل الحراري الطبيعي والحمل الحراري القسري والتبريد السائل باستخدام مبرد SF33، وأظهرت النتائج أن نظام التبريد بالغمر ثنائي الطور كان فعالاً للغاية في الحفاظ على درجة حرارة خلية البطارية.
بشكل عام، يوفر نظام التبريد بالغمر ثنائي الطور حلاً فعالاً وموحداً لتبريد البطاريات للمركبات الكهربائية والتطبيقات الأخرى التي تتطلب تخزين الطاقة، مما يساعد على تحسين متانة البطارية وسلامتها.