باتری های EV از چه نوع سیستم خنک کننده ای استفاده می کنند و چگونه کار می کند؟

اکثر خودروهای الکتریکی مایع خنک کننده را از طریق بسته باتری پمپ می کنند.

آیا تا به حال برایتان پیش آمده است که در یک صبح یخبندان بدون اطلاع قبلی به خودروی برقی خود وارد یک ایستگاه شارژ سریع شوید و متوجه شده باشید که شارژ آن کندتر است؟ به نظر می رسد که اگر همان شارژر را به عنوان مقصدی در مسیریابی خودرو تنظیم کنید، بسیاری از خودروهای برقی از زمان لازم برای رانندگی در آنجا برای آماده کردن باتری استفاده می کنند. این چیزی است که دفترچه راهنمای تسلا به مالکان می‌گوید 30 تا 45 دقیقه قبل از رسیدن آن را انجام دهند، در حالی که پورشه تا آنجا پیش می‌رود که هشدار می‌دهد بدون انجام این کار، ممکن است قدرت شارژ خودرو کمتر شود.

این روال گرم کردن بخشی از سیستم مدیریت حرارتی باتری EV در اکثر خودروهای مدرن است. در کنار آن معمولا یک حلقه خنک کننده وجود دارد که از مایع خنک کننده استفاده می کند که از طریق لوله ها یا صفحات فلزی فشرده شده روی باتری پمپ می شود و گرما را جمع آوری می کند و آن را به رادیاتور یا سیستم تهویه مطبوع خودرو می برد.

شرکت مدیریت ناوگان Geotab بیش از 22700 خودروی برقی را برای مطالعه ردیابی کرد و دریافت که به طور متوسط، باتری ها سالانه 2.3 درصد از سلامت خود را از دست می دهند. خودروها در آب و هوای گرم سالانه حدود 0.4 درصد بیشتر از خودروهای معتدل از دست دادند، در حالی که خودروهایی که اغلب از شارژرهای سریع بالای 100 کیلووات استفاده می کردند، 3 درصد در سال در مقابل 1.5 درصد برای خودروهایی که به ندرت این کار را انجام می دادند، از دست دادند.

با نرخ متوسط، یک باتری پس از یک دهه همچنان در حدود 77 درصد خواهد بود، مطابق با تحقیقاتی که نشان می دهد باتری های EV می توانند بسیار بیشتر از آنچه کارشناسان در ابتدا پیش بینی کرده بودند، دوام بیاورند. هنگام شارژ سریع، جایی که 300 آمپر یا بیشتر را می توان از طریق بسته باتری فشار داد، گرمای اتلاف زیادی تولید می شود و باید حذف شود. در سال 2021، مروری در مجله Energies نشان داد که اختلاف دمای بیش از 5 درجه سانتیگراد در یک سلول می تواند پیری را تا 25 درصد سرعت بخشد، به این معنی که یک سیستم خنک کننده خوب باید کل بسته را هم متعادل و هم تنظیم شده نگه دارد.

در باتری سرد، مقاومت داخلی بالا می رود و شارژ سریع می تواند باعث آبکاری لیتیوم شود، تجمع لیتیوم فلزی روی الکترودهای سلول که با کاهش دما بدتر می شود. Recurrent که بیش از 30000 خودروی الکتریکی ایالات متحده را مورد مطالعه قرار داد، دریافت که باتری‌ها به طور متوسط ​​78 درصد محدوده ایده‌آل خود را در دمای انجماد و حدود 70 درصد در دمای -7 درجه سانتیگراد دارند. گرمایش کابین حدود دو سوم انرژی اضافی را که یک خودروی الکتریکی در سرما مصرف می کند، تشکیل می دهد.

نیسان لیف اصلی، از سال 2010، از خنک کننده هوای غیرفعال برای بسته 24 کیلووات ساعتی خود استفاده می کرد، در حالی که تسلا، جنرال موتورز و فورد از سیستم های مایع استفاده می کردند. دارندگان Leaf در فونیکس 12 خودرو از سال‌های مدل 2011 و 2012 را آزمایش کردند و متوجه کاهش برد شدند، که نیسان گفت که کمتر از 0.3 درصد از مدل‌های ایالات متحده را تحت تأثیر قرار داده است، همانطور که بررسی فناوری MIT در سال 2012 اشاره کرد. نسل سوم لیف نیسان در سال 2025 رونمایی شد - در نهایت به باتری مایع 7 کواتولh تغییر یافت.

به گفته Energies، مزیت خنک کننده مایع این است که برای نگه داشتن بسته در همان دما به انرژی دو تا سه برابر کمتر از هوا نیاز دارد و در نتیجه اکثر خودروهای برقی اکنون از آن استفاده می کنند.

مهندسان پشت i3 بی‌ام‌و تصمیم گرفتند که حلقه خنک‌کننده را به طور کامل نادیده بگیرند و به جای آن تصمیم گرفتند مبرد را از AC آن مستقیما به باتری وارد کنند. خودروساز بریتانیایی مک لارن با غوطه ور کردن تمام سلول های خود در یک روغن عایق الکتریکی، قدمی فراتر با Speedtail خود گذاشت، قدمی که آن را اولین گام برای یک خودروی جاده ای تولیدی نامید. شبیه‌سازی‌های ذکر شده در بررسی Energies نشان می‌دهد که خنک‌سازی غوطه‌وری مانند این می‌تواند گرما را تا سه برابر بهتر از صفحات خنک‌کننده منتقل کند.

حلقه خنک کننده باتری معمولا برای بارهای سبک به رادیاتور و از طریق مبدل حرارتی به تهویه مطبوع خودرو برای روش های سنگین تر مانند شارژ سریع متصل می شود.

بیایید سیستم مدیریت حرارتی نیسان را به عنوان مثال در نظر بگیریم: این سیستم بین دو حالت سوئیچ می‌کند و گرما را از شارژر به باتری در حین شارژ خانگی هدایت می‌کند، ویژگی که مدل جدیدتر لیف برای گرم کردن آن استفاده می‌کند. در همین حال، مدل Y تسلا از دریچه ای به نام "Octovalve" برای حرکت مایع خنک کننده بین موتور، باتری و وسایل الکترونیکی استفاده می کند، همانطور که Jalopnik پس از یک خرابی مهندسی پیدا کرد. تسلا همچنین در حال بررسی حق ثبت اختراعی است که موتور درایو را به طور عمدی به کار می‌اندازد تا گرمای اتلاف آن بتواند باتری را گرم کند.

جنرال موتورز می گوید که پمپ حرارتی Ultium آن گرمای اتلاف باتری، وسایل الکترونیکی برق و حتی بدن سرنشینان را جمع آوری می کند تا کابین را گرم کند که حدود 10 درصد برد بیشتری را افزایش می دهد. چین اخیرا قوانین جدیدی را معرفی کرده است که به خودروهای الکتریکی جدید نیاز دارد تا نشان دهند که باتری‌های آنها آتش نمی‌گیرد یا منفجر نمی‌شود وقتی یک سلول به سمت گرما می‌رود. با این حال، این نیاز به خنک کننده و عایق بسته بستگی دارد که از انتشار گرما به سلول های دیگر جلوگیری می کند.