لماذا تختار مبرد بطارية مبرد بالهواء للتطبيقات التبريدية

مُبرِّد البطارية المبرَّد بالهواء هو جهاز متخصص يوفِّر التبريد لأنظمة البطاريات لتحقيق أداء حراري مثالي من حيث سلامة البطارية، وأدائها، وعمرها الافتراضي. وبما أن البطاريات، مثل تلك المستخدمة في المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة وحزم البطاريات الصناعية، تصبح نظمًا مولِّدة للحرارة أثناء الشحن والتفريغ، فإن ارتفاع الحرارة بشكل مفرط يُعد خطرًا على السلامة. ويُقدِّم مبرد البطارية المبرَّد بالهواء مزايا فريدة من حيث التركيب، والصيانة، والتكيف مع البيئة، لأنه لا يستخدم تدوير المياه كما في المبردات المبرَّدة بالماء. وقد أدّى الارتفاع في الطلب على تبريد البطاريات بكفاءة إلى الحاجة لإيجاد إجابة للسؤال: "لماذا يُعد مبرد البطارية المبرَّد بالهواء الخيار الأفضل؟"

سيستفيد رجال الأعمال والمهندسين في قطاعات الطاقة والسيارات من فهم المزايا الأساسية لوحدة تبريد البطارية بالهواء. مقارنةً بوحدات التبريد بالماء وأنظمة التوصيل الطبيعي، لا تتطلب وحدة تبريد البطارية بالهواء وجود أنظمة مائية. مما يجعلها أقل تكلفة وأكثر كفاءة.

لا يحتاج مبرد البطارية المبرد بالهواء إلى أنابيب مياه أو مضخات أو وصول إلى المياه. وهذا يقلل من احتمالية التسرب، وهو أمر مهم بالنسبة للبطاريات. إذ يمكن أن تؤدي تسريبات المياه إلى حدوث دوائر قصيرة أو تدمير البطارية. يمكن لمبردات بطاريات التبريد بالهواء العمل في مجموعة واسعة من البيئات. ويمكنها العمل بدرجات حرارة محيطة تتراوح بين -10°م إلى 45°م. وبما أن هذا النطاق لا يشمل درجات الحرارة المتجمدة، يمكن لهذه المبردات العمل في الأماكن النائية في الهواء الطلق حيث لا تحتاج إلى القلق بشأن المياه، ويمكن استخدامها لتخزين الطاقة خارج الشبكة. وتتميز هذه المبردات الخاصة بالبطاريات باحتياجات صيانة أقل مقارنةً بأنواع أخرى من مبردات البطاريات. فهي لا تحتوي على أنظمة تنقية للمياه أو مبادلات حرارية، وستتطلب فقط فحصاً وصيانةً لمرشحات الهواء والمراوح. وهذه المزايا تُبسّط بشكل كبير تركيبات مبردات البطاريات المبردة بالهواء وتجعلها فعالة من حيث التكلفة في تطبيقات تبريد البطاريات.

كيف يضمن مبرد البطارية المبرد بالهواء سلامة وأداء البطارية

يُعد مبرد البطاريات المبرد بالهواء جزءًا حيويًا من أنظمة تبريد البطاريات. ويُنظم درجة الحرارة والحجم للحفاظ على الأداء الأمثل للبطارية. وبشكل خاص، فإنه يمنع ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط. وتؤدي درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا إلى تقليل أداء أنظمة البطاريات، ولا سيما بطاريات الليثيوم أيون التي تعمل بأفضل شكل بين 20°م و35°م.

تستخدم مبردات البطاريات المبردة بالهواء مراقبة ذكية لدرجة الحرارة وسرعات مروحة قابلة للتعديل للحفاظ على نطاق حراري محدد مسبقًا ومنع ارتفاع درجة الحرارة. ويؤدي هذا الارتفاع في درجة الحرارة إلى تقليل سعة تخزين البطارية وقد يؤدي إلى حالة من الانطلاق الحراري. ثانيًا، تُعزز مبردات البطاريات المبردة بالهواء التوزيع المنتظم للحرارة. وعلى عكس التوصيل الطبيعي الذي قد يترك مناطق ساخنة داخل حزمة البطارية، توفر مبردات البطاريات المبردة بالهواء تدفق هواء متساويًا لجميع خلايا البطارية. ولا يُسمح لأي خلية بطارية بالتعرض لحرارة زائدة. ثالثًا، تعزز مبردات البطاريات المبردة بالهواء التغيرات الديناميكية في نظام التبريد. فعند الشحن السريع للمركبات الكهربائية (EV)، تتغير الأحمال على البطارية بسرعة، وتقوم مبردات البطاريات المبردة بالهواء تلقائيًا بتعديل سعة التبريد في الوقت الفعلي لتوازن الحرارة الناتجة عن البطارية، ولتجنب التبريد الزائد أو الناقص. لا يقتصر التحكم الديناميكي هذا على حماية البطارية من الأضرار المحتملة فحسب، بل يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة الخاصة بالمبرد.

سيناريوهات التطبيق الرئيسية لمبرد بطارية تبريد هواء

توجد الآن سيناريوهات متعددة، ويستمر مبرد بطارية التبريد بالهواء في الحفاظ على المرونة والموثوقية. أول هذه السيناريوهات هو المركبات الكهربائية (EV) والمركبات الهجينة الكهربائية (HEV). في المركبات الكهربائية، يقوم مبرد بطارية التبريد بالهواء بتبريد البطارية الدافعة أثناء القيادة بسرعات عالية أو أثناء الشحن السريع لمنع تدهور الأداء وتمديد عمر البطارية.

يتيح التصميم المدمج لهذا الجهاز تركيبه ضمن المساحات المحدودة في محركات المركبات. كما أنه مناسب تمامًا لأنظمة تخزين الطاقة الثابتة (ESS). غالبًا ما تعمل أنظمة التخزين المتكاملة مع محطات الطاقة الشمسية أو رياح في الهواء الطلق، ويمكن لمبرد البطارية بالهواء التكيّف مع الظروف الجوية الخارجية للحفاظ على برودة نظام البطارية لتخزين الطاقة وتفريغها خلال الفترات المستقرة أو غير المستقرة. ثالثًا، يُستخدم في تطبيقات البطاريات الصناعية. حيث يوفر مبرد البطارية بالهواء تبريدًا مستمرًا أثناء العمليات الشاقة في الأنظمة مثل الرافعات الشوكية، والمركبات الموجهة آليًا (AGVs)، أو حزم البطاريات الاحتياطية الصناعية، ويقلل من أوقات التوقف الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة البطارية. علاوةً على ذلك، يُستخدم في مختبرات اختبار البطاريات الصغيرة والمتوسطة الحجم، حيث يلزم محاكاة ظروف التشغيل للبطارية واختبار أدائها لتحديد سيناريوهات العالم الحقيقي، ويجب أن يكون التحكم في درجة الحرارة دقيقًا جدًا للتحكم في درجة الحرارة بدقة عند محاكاة ظروف التشغيل الواقعية لاختبار أداء البطارية.

العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار لـ....

توجد بعض الأمور المهمة التي يجب مراعاتها لضمان توازن احتياجات التبريد بشكل كافٍ. أولاً، تُعد سعة التبريد، أو قدرة التبريد، هي الخاصية الأهم في مبرد البطارية بالهواء (بالكيلوواط)، وهي وحدة القياس، والتي ينبغي أن تكون مساوية لإخراج نظام البطارية الحراري. كن حذرًا، فكل من المبردات الأصغر حجمًا والأكبر حجمًا من اللازم ينطوي على عواقب سلبية.

لفهم جهود التبريد الضرورية، يجب حساب أقصى كمية من الحرارة يمكن أن تنتجها البطارية بناءً على سعة البطارية ومعدلات الشحن والحمل التشغيلي. علاوة على ذلك، في بعض السيناريوهات، يكون التلوث الضوضائي الناتج عن نظام التبريد أمراً بالغ الأهمية. على سبيل المثال، يتم تصميم وحدات تبريد البطاريات بالهواء المستخدمة في بطاريات النسخ الاحتياطي لمراكز البيانات وفي المركبات الكهربائية للركاب للعمل عند مستوى أقل من 60 ديسيبل لتجنب التلوث الضوضائي. ثالثاً، التكلفة الاقتصادية تعتمد على الكفاءة الطاقية. ولتوفير التكاليف على المدى الطويل، ستكون هناك حاجة إلى وحدة تبريد هواء للبطارية توفر نسبة كفاءة طاقية عالية (EER) و/أو نسبة كفاءة طاقية موسمية عالية (SEER) تدل على توفير الطاقة في وحدة التبريد. بالإضافة إلى ذلك، سيكون من الضروري إقامة اتصال بين وحدات تبريد البطاريات بالهواء وأنظمة إدارة البطارية (BMS). سيتيح هذا الاتصال لأنظمة إدارة البطارية تنسيق التحكم في درجة الحرارة المتغيرة، وهي ميزة مفيدة تُمكّن النظام من إرسال بيانات مباشرة عن توليد الحرارة إلى وحدة التبريد، التي تقوم بدورها بتعديل جهود التبريد تلقائياً.

قد تقرر الشركات التخلي عن مبردات البطاريات التي تعمل بتبريد هواء لعدد لا يحصى من الأسباب، ومعظم هذه الأسباب هي أساطير. إن فهم الحقائق سيساعد على تعزيز عملية اتخاذ القرار.

دعونا نناقش الأسطورة الأولى التي تنص على أن "مبرد البطارية المبرد بالهواء أقل كفاءة من المبرد المبرد بالماء". هناك إدراك شائع بأن الماء يُعد مبردًا أفضل بفضل كفاءته العالية في انتقال الحرارة. ولكن، بالنسبة لاحتياجات تبريد البطاريات، وبخاصة للأنظمة الصغيرة والمتوسطة الحجم، تكون كفاءة مبرد البطارية المبرد بالهواء أكثر من كافية. علاوةً على ذلك، فإن الطاقة الموفرة من عدم تشغيل مضخات المياه غالبًا ما تعوّض الفروق البسيطة في كفاءة انتقال الحرارة. أما الأسطورة الثانية فهي: "لا يمكن لمبرد البطارية المبرد بالهواء العمل في البيئات ذات درجات الحرارة العالية". في الواقع، تحتوي مبردات البطارية المبردة بالهواء الحديثة على أجزاء مقاومة للحرارة العالية، بالإضافة إلى مراوح تعمل بسرع متغيرة يمكنها التشغيل في درجات حرارة تصل إلى 45°م، وهي مثالية للبيئات الحارة. والأسطورة الثالثة هي: "معرض مبرد البطارية المبرد بالهواء لتراكم الغبار والشوائب". صحيح أن الأنظمة المبردة بالهواء تقوم بترشيح الهواء، لكن معظم مبردات البطارية المبردة بالهواء مزودة بمرشحات هواء قابلة للغسل ومقاومة للغبار، ويُعد تنظيف المرشحات بشكل دوري (كل 1-3 أشهر) كافيًا للحفاظ على الأداء.

الخرافة الرابعة تقول: "مبردات الهواء المبردة بالبطارية أكثر تكلفة من الخيارات الأخرى." والحقيقة هي أن تركيب وصيانة مبردات الهواء المبردة بالبطارية أقل تكلفة إذا قمت بتقييم التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) على المدى الطويل، والذي يبلغ حوالي 5 إلى 10 سنوات، حيث تكون مبردات الهواء المبردة بالبطارية أكثر اقتصادية من المبردات المبردة بالماء.