الإدارة الحرارية للبطارية

الإدارة الحرارية للبطارية هي مجموعة الأنظمة التي تبقي البطارية عالية الجهد في السيارة الكهربائية ضمن نطاق درجة حرارتها المفضّل في كل أطوار الاستعمال: أثناء القيادة، وأثناء الشحن، وحتى بينما تكون السيارة متوقفة. وخلايا الليثيوم-أيون تؤدي أفضل ما لديها ضمن نطاق ضيق نسبياً، يتراوح عموماً بين نحو 15 و35 درجة مئوية. وخارج هذا النطاق يتدهور سلوكها: إذ تصبح الخلايا الباردة عازفة عن تقديم التيار أو قبوله، بينما تعاني الخلايا الساخنة من تقادم كيميائي متسارع، وفي الحالات القصوى من خطر الانفلات الحراري. ووجود نظام الإدارة الحرارية هو لإبقاء مجموعة الخلايا في نطاقها المثالي بصرف النظر عن الظروف المحيطة أو المتطلبات المفروضة عليها.

والنهج الأشيع في السيارات الكهربائية الحديثة هو التبريد السائل. إذ يُضخّ سائل تبريد، عادة مزيج من الماء والغليكول، عبر قنوات أو ألواح أو أنابيب تمر على تماس وثيق بالخلايا، حاملاً الحرارة بعيداً إلى مشعّ، أو طارحاً إياها عبر دائرة مبرّد مشتركة مع تكييف هواء المقصورة. ويمكن للحلقة نفسها أن تعمل عكسياً لتدفئة مجموعة الخلايا، مستعينة بمسخّنات مقاومة أو مضخة حرارية. وتغذّي مستشعرات موزّعة في مجموعة الخلايا نظامَ إدارة البطارية بدرجات حرارة الخلايا، فيقرر متى يبرّد ومتى يدفّئ وبأي شدة، موازناً بين صحة البطارية وكلفة الطاقة لتشغيل المضخات والضواغط. أما التصاميم الأبسط أو الأقدم فتعتمد على التبريد بالهواء، ساحبة هواء المقصورة أو الهواء المحيط عبر الخلايا، وهو أرخص وأخف لكنه أعجز بكثير عن مواكبة الحرارة المتولدة أثناء القيادة الحادة المستمرة أو الشحن عالي القدرة.

ويبرز ذلك أكثر ما يبرز عند الأطراف القصوى. فأثناء الشحن السريع بالتيار المستمر تولّد التيارات الكبيرة حرارة كبيرة لا بد من إزالتها بسرعة، وإلا خفّض النظام قدرة الشحن حمايةً للخلايا. وأثناء القيادة النشطة، يسخّن التسارع الثقيل المتكرر والفرملة الاستردادية مجموعة الخلايا، والتبريد الفعّال هو ما يتيح للسيارة تقديم أداء ثابت لفة بعد لفة بدل أن تخبو حين تسخن البطارية. وتطرح الانطلاقات الباردة المشكلة المعاكسة، حيث يجب تدفئة مجموعة الخلايا قبل أن تتمكن من تقديم القدرة الكاملة أو قبول شحن سريع.

والإدارة الحرارية الجيدة من الأسباب الرئيسية لبطء تدهور مجموعات الخلايا الحديثة. فبإبقاء الخلايا بعيدة عن درجات الحرارة العالية التي تقود إلى فقدان سعة لا رجعة فيه، وبعيدة عن البرد الذي يعزّز ترسيب الليثيوم الضار أثناء الشحن، يحفظ النظام السعة القابلة للاستخدام على مدى سنوات طويلة وعشرات الآلاف من دورات الشحن. وكثيراً ما أظهرت السيارات الكهربائية المبكرة، ذات التبريد البدائي أو المنعدم، تدهوراً أسرع بوضوح من مجموعات الخلايا المبرّدة بالسائل اليوم.

وتدعم الإدارة الحرارية عدة ميزات ومصطلحات مرتبطة بها. فهي التقنية التي تمكّن التهيئة المسبقة للبطارية، التي ليست سوى إدارة حرارية مطبّقة عمداً قبيل الشحن. وتعمل بتناغم مع المضخة الحرارية في السيارة، وتتشارك العتاد مع نظام التحكم بمناخ المقصورة، وهي محورية في كيفية تحمّل البطارية عالية الجهد للشحن السريع والأداء العالي بأمان طوال عمرها.