ما هو نظام التبريد؟
سؤال من جيمس وونغ، فريمونت، كاليفورنيا.
أنا أعمل في مصنع GM-Toyota NUMMI القديم هنا وسمعنا للتو أننا سنصنع سيارة كهربائية يومًا ما. يستمر الناس في الحديث عن تبريد البطارية. ما هي القصة الحقيقية؟
أجاب عليها ريتشارد فلاجان، أستاذ الهندسة الكيميائية والهندسة البيئية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
(أقوم في أغلب الأحيان بأعمال الهباء الجوي، ولكنني انجذبت مؤخرًا إلى عدد من مشاريع البطاريات مع مختبر الدفع النفاث وشركات السيارات مؤخرًا).
تصدر حزمة أيونات الليثيوم- كمية مذهلة من الحرارة عند دفعها. يمكن لحزمة 60 كيلووات في الساعة عند شحن 3 درجات مئوية أن تتخلص من 15 إلى 20 كيلووات من الحرارة. هذا عبارة عن سخان صغير يعمل داخل أرضية السيارة. اترك الأمر بمفرده وستصل درجة حرارة الخلايا الوسطى إلى 60 درجة بينما لا تزال تحاول الوصول إلى 80% من الشحن. الحياة تنخفض بسرعة فوق 45 درجة، لذلك عليك أن تسحب الحرارة.
تستخدم معظم العبوات الآن ألواح باردة مسطحة من الألومنيوم يبلغ سمكها حوالي 4-6 مم مع وجود قناة مختومة بالداخل. تقوم بتحريك لوحة واحدة بين كل وحدتين أو تحت كل صف من الأكياس. تمتلئ اللوحة بطبقة رقيقة من المعجون الحراري على قيعان الخلايا. لوحات Ultium من جنرال موتورز هكذا. اعتاد تسلا على لف أنبوب دائري في خمسينيات القرن التاسع عشر وسبعينيات القرن الحادي والعشرين بشكل متعرج-يبدو مثل السباغيتي، ويعمل بشكل جيد، ولكن تجميعه أمر مؤلم. ذهبت الحزمة 4680 الجديدة في تكساس إلى شريط مطوي أوسع بدلاً من أنبوب دائري. أسهل للحام.
يتكون سائل التبريد دائمًا من 50/50 ماء-جليكول مع المثبطات المعتادة. تستخدم بعض سيارات السباق النموذجية زيت الجليكول النقي أو حتى زيت السيليكون، لكن لا أحد يقوم بشحن ذلك للعملاء. يبلغ التدفق عادةً 10-20 لترًا في الدقيقة للعبوة الكبيرة. المضخة عبارة عن شيء صغير بدون فرش بقوة 400 واط يعمل على 12 فولت. وهو يعيش تحت الغطاء أو في الصندوق.
يقع المبرد أمام مكثف مكيف الهواء. عند القيادة بسرعة على الطريق السريع، تحصل على الكثير من الهواء، ولكن عند الجلوس على شاحن فائق في درجة حرارة تبلغ 110 درجة فهرنهايت في بارستو، يجب على المروحة الكهربائية أن تسحب بقوة. ولهذا السبب أضافت Tesla صمام الأخطبوط الصغير منذ بضع سنوات-يسمح للمبرد باستعارة المبرد البارد من حلقة مكيف الهواء بالمقصورة عندما يكون الجو حارًا جدًا.
انتشار درجة الحرارة هو القاتل. إذا كانت أبرد خلية هي 25 درجة وأكثرها سخونة هي 40 درجة، فقد تفقد ربما 15-20% من عمر دورة العبوة. لذلك يجب على مشعب المدخل أن يقسم التدفق بالتساوي. تقوم بعض الشركات بصنع فتحات صغيرة في كل فرع. البعض الآخر يجعل القنوات طويلة ونحيفة بحيث يؤدي انخفاض الضغط إلى تدفق متساوٍ. تعمل حزمة الخلايا النصلية من BYD على تشغيل سائل التبريد على طول الحافة الطويلة للخلية بدلاً من الجزء السفلي- مما يطالب بتوحيد أفضل.
الطقس البارد هو الجزء الذي لم يتحدث عنه أحد في عام 1999. أقل من 0 درجة تقريبًا لا يمكنك الشحن بسرعة أو تقوم بطبقة معدن الليثيوم وتقتل الخلية. لذا فإن نفس الحلقة التي تبرد الآن يجب أن تسخن. يوجد سخان PTC بقدرة 3-5 كيلووات في الخزان أو بعد المضخة مباشرة. يراقب BMS الفولتية الخلوية مثل الصقر أثناء التسخين المسبق.
يكون الضغط عادةً من 1 إلى 1.5 بار. يحافظ على درجة الغليان عند حوالي 115-120 درجة حتى لا تحصل أبدًا على جيوب بخار إذا قررت الخلية أن تصبح طاردة للحرارة.
قمنا بتشغيل وحدة مكونة من 30-خلية على مقاعد البدلاء العام الماضي في مختبر الدفع النفاث. مع التبريد ارتفعت درجة الحرارة من 25 درجة إلى 65 درجة في ثماني دقائق عند تفريغ 200 أمبير. قم بتشغيل المضخة بسرعة 12 لتر/دقيقة واستقرت عند 38 درجة. ثماني دقائق مقابل لا شيء أبدًا - ولهذا السبب تتمتع كل عبوة خطيرة بتبريد سائل الآن.
تلك هي الصورة الأساسية. التفاصيل تتغير في كل عام نموذجي، لكن الفيزياء لا تتغير.
