چگونه مديريت حرارتي زمان شارژ خودرو برقي را كاهش مي‌دهد؟
باتوجه‌به ورود شارژرهاي بسيار سريع ۸۰۰ ولت ۳۵۰ كيلووات به اروپا، چه چيز ديگري براي كاهش زمان ايستگاه‌هاي شارژ در هنگام سفرهاي طولاني‌تر نياز داريم؟ يكي از اشكالات بزرگ توسعه‌دهندگان خودرو الكتريكي مديريت مؤثر حرارت توليدشده‌ي باتري هنگام شارژ است.
بسته‌هاي باتري ليتيوم‌يون كه برق خودروهاي الكتريكي را تأمين مي‌كنند، از همان سلول‌ها يا بلوك‌هاي كوچك به‌كاررفته در محصولات خانگي ساخته مي‌شوند. سلول ليتيوم‌يون واحد ساده و بسيار كوچكي است كه حدود ۳/۶ ولت برق توليد ميكند و ظرفيت الكتريكي آن حدود ۳/۴ آمپرساعت است. براي افزايش ولتاژ كاركردي خودرو برقي به ۴۰۰ يا ۸۰۰ ولت، صدها سلول به‌صورت گروهي به‌هم متصل مي‌شوند (اتصالات سري موازي) كه اين اتصال هم ولتاژ و هم ظرفيت را چندبرابر ميكند.
بااين‌حال، آنچه براي راننده‌ي خودرو برقي اهميت دارد، نرخ C يا C-rate باتري است كه ميزان شارژ و تخليه‌ي آن را باتوجه‌به ظرفيت نشان مي‌دهد. هرچه نرخ C باتري هنگام شارژ بيشتر باشد، زمان شارژ كمتر خواهد بود؛ اما يكي از محدوديت‌هاي عمده گرماي ايجادشده دراثر مقاومت داخلي هنگام شارژ است. اگر باتري تلفن يا برخي ابزارهاي برقي را هنگام شارژشدن لمس كنيد، متوجه جديد‌بودن آن مي‌شويد. باتري خودرو برقي از صدها يا حتي هزاران سلول جداگانه در چند ماژول مختلف ساخته شده؛ درنتيجه گرماي زيادي هنگام شارژ توليد مي‌شود كه خلاص‌شدن از آن دشوار است.
براي مقابله با اين اشكال، بسته‌هاي باتري ليتيوم‌يون خودرو الكتريكي با آب يا آب و گليكول خنك مي‌شوند. سپس، مايع خنك‌كننده را مبدل حرارتي يا يخچال خنك ميكند؛ اما انرژي گرمايي مي‌تواند براي كار ديگري مانند گرم‌كردن فضاي داخل كابين خودرو استفاده شود.
نمونه‌اي از اين نوع باتري‌ها، باتري خودرو آئودي E-tron است كه در آن مايع خنك‌كننده ازطريق كانال‌هايي به داخل صفحات سرد آلومينيومي بيرون‌آمده (برجسته) پمپ مي‌شود. سلول‌هاي جداگانه روي ژلي نصب مي‌شوند كه گرما از آن‌ها به داخل صفحات سرد و سپس به مايع خنك‌كننده منتقل خواهد شد. علاوه‌بر‌اين، روش‌هاي ديگري نيز براي خنك‌كردن باتري خودرو الكتريكي وجود دارد. به‌عنوان مثال، تسلا از لوله‌هاي خنك‌كننده استفاده ميكند كه بين سلول‌هاي استوانه‌اي موجود در باتري درهم تنيده شده‌اند.
به‌طوركلي، سلول‌ها هنگام شارژ حدود سه‌برابر بيشتر از زمان رانندگي حرارت توليد مي‌كنند و هرچه سرعت شارژ سريع‌تر باشد، ميزان گرماي توليدي نيز بيشتر مي‌شود. خنك‌كاري غيرمستقيم محدوديت‌هاي خاص خود را دارد؛ زيرا گرما فقط در نقاط تماس با صفحات يا لوله‌هاي سيستم خنك‌كننده از سلول خارج مي‌شود. بااين‌حال، اميد مي‌رود پروژه‌ي مشترك M&I Materials و WMG و ريكاردو در اين زمينه به پيشرفت درخورتوجهي دست يابد. در ژوئيه‌ي ۲۰۱۹، دولت انگلستان اين پروژه را با نام I-CoBat با عنوان «چالش باتري فارادي» (Faraday Battery Challenge) آغاز كرد و قرار است در نوامبر ۲۰۲۰ به‌پايان برسد.
هدف اين پروژه توسعه‌ي روش خنك‌كاري همه‌جانبه و جديدي است كه به موجب آن سلول‌ها و اتصالات به‌معناي واقعي كلمه در مايعي تجزيه‌پذير و دي الكتريك غوطه‌ور باشند. در اين مايع خنك‌كاري كه Mivolt ناميده مي‌شود و M&I Materials آن را توليد كرده است، غوطه‌وري به‌معناي هدايت جريان برق نيست. ازآنجاكه اين مايع با كل سطح سلول تماس دارد، اميد مي‌رود خنك‌كننده‌ي همه‌جانبه با افزايش چشمگير نرخ C باتري، زمان شارژ خودرو الكتريكي را كاهش دهد؛ درنتيجه، ظرفيت پيمايش خودرو برقي را افزايش و روند فرسوده‌‌شدن را ازطريق مديريت حرارتي دقيق‌تر باتري كاهش مي‌دهد.
هم انديشي ها