چالش ها و فناوری های نوین در سیستم های مدیریت حرارتی (BTMS) باتری های لیتیوم-یون خودروهای الکتریکی: مروری بر راهبردهای خنک کاری

افزایش استفاده از خودروهای الکتریکی و توسعه باتری های لیتیوم یون با چگالی انرژی و توان بالاتر، موجب افزایش اهمیت مدیریت حرارتی باتری به منظور حفظ عملکرد، ایمنی، قابلیت اطمینان و طول عمر آن ها شده است. تولید حرارت در شرایطی نظیر شارژ سریع، تخلیه با نرخ بالا و عملکرد در دماهای محیطی نامناسب می تواند موجب افزایش دمای سلول ها، ایجاد ناهمگنی حرارتی، تسریع تخریب و پیرشدگی باتری و در شرایط بحرانی، وقوع و انتشار فرار حرارتی شود. ازاین رو، این مقاله با هدف بررسی و تحلیل فناوری های مختلف سامانه مدیریت حرارتی باتری (BTMS) در خودروهای الکتریکی، به مرور نظام مند و مقایسه ای روش های اصلی مدیریت حرارت پرداخته است. در این مطالعه، خنک کاری هوایی، خنک کاری مایع، مواد تغییر فازدهنده (PCM)، لوله های حرارتی، خنک کاری غوطه وری و سامانه های هیبریدی از نظر سازوکار انتقال حرارت، ظرفیت دفع گرما، یکنواختی دمایی، مصرف انرژی کمکی، پیچیدگی طراحی، هزینه، وزن، قابلیت شارژ سریع و توانایی کنترل فرار حرارتی مورد بررسی و ارزیابی تطبیقی قرار گرفته اند. نتایج بررسی نشان می دهد که خنک کاری هوایی به دلیل سادگی، هزینه و وزن پایین، برای کاربردهای کم توان مناسب است، در حالی که خنک کاری مایع به دلیل ظرفیت بالای دفع حرارت و کنترل دقیق دما، همچنان یکی از راهکارهای غالب در خودروهای الکتریکی پیشرفته محسوب می شود. PCMها و لوله های حرارتی نیز به عنوان فناوری های غیرفعال و مکمل، قابلیت مناسبی در کاهش پیک های حرارتی و گرادیان دما دارند، اما محدودیت هایی نظیر رسانندگی حرارتی پایین PCM و محدودیت های انتقال حرارت در لوله های حرارتی، استفاده مستقل از آن ها را محدود می کند. خنک کاری غوطه وری عملکرد حرارتی و یکنواختی دمایی بالایی ارائه می دهد، اما هزینه و پیچیدگی آن همچنان از موانع توسعه گسترده آن است. در نهایت، سامانه های هیبریدی به دلیل بهره گیری هم زمان از مزایای چند فناوری، چشم انداز امیدوارکننده ای برای کاربردهای پرتوان و شارژ فوق سریع دارند. همچنین، روندهای نوین نشان می دهد که آینده BTMS به سمت ادغام سامانه های هیبریدی با هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، کنترل پیش بین، دوقلوهای دیجیتال و مواد پیشرفته حرکت می کند. بر این اساس، توسعه سامانه های هوشمند، تطبیقی، کم مصرف و پایدار می تواند نقش مهمی در افزایش ایمنی، طول عمر و بهره وری انرژی باتری های نسل آینده خودروهای الکتریکی ایفا کند.

کلیدواژه ها:

سامانه مدیریت حرارتی باتری ، خودروهای الکتریکی ، باتری های لیتیوم یون ، خنک کاری مایع ، خنک کاری غوطه وری ، سامانه های هیبریدی