1. مصادر توليد الحرارة وأهمية تبديد الحرارة
كجهاز عالي التحميل، يعمل بشكل متقطع، أ مضخة هواء السيارة الكهربائية (CEV) يولد حرارة كبيرة أثناء التشغيل بسبب مكوناته الأساسية. تشمل مصادر الحرارة الرئيسية ما يلي:
حرارة المحرك: عندما يتدفق التيار عبر ملفات المحرك، يتم توليد تسخين جول بسبب المقاومة. هذا هو مصدر الحرارة الأساسي.
احتكاك المكبس: الحركة الترددية عالية السرعة بين المكبس وجدار الأسطوانة داخل الأسطوانة تولد حرارة احتكاكية.
حرارة ضغط الغاز: وفقًا لمبادئ الديناميكا الحرارية، ترتفع درجة حرارة الغاز بشكل حاد عند ضغطه. يقوم الهواء الساخن المضغوط بتسخين الأسطوانة وأنابيب الهواء.
يعد التبديد الفعال للحرارة أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء المستقر وإطالة عمر السيارة الكهربائية. يمكن أن يؤدي تراكم الحرارة إلى انخفاض كفاءة المحرك، وتقادم عزل الملف، وحتى التسبب في عمليات إيقاف التشغيل بسبب ارتفاع درجة الحرارة، مما يؤثر بشدة على تجربة المستخدم وموثوقية المنتج.
2. تكنولوجيا تبديد الحرارة الأساسية
تركز تقنية تبديد الحرارة لمضخات الهواء CEV بشكل أساسي على نقل الحرارة بكفاءة من المكونات الداخلية إلى البيئة الخارجية.
1. التحسين الهيكلي
الأسطوانة المعدنية ورأس الأسطوانة: يتم تصنيع الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات من مواد معدنية عالية التوصيل للحرارة، مثل سبائك الألومنيوم أو سبائك النحاس. تتمتع المعادن بموصلية حرارية أعلى بكثير من المواد البلاستيكية الهندسية، مما يسمح لها بتبديد الحرارة الناتجة عن المكبس والضغط بسرعة.
تصميم المشتت الحراري: يتم دمج الزعانف على السطح الخارجي للأسطوانة أو المناطق الرئيسية المولدة للحرارة في جسم المحرك. تعمل هذه الزعانف على تحسين كفاءة الحمل الحراري بشكل كبير عن طريق زيادة مساحة التلامس مع الهواء الخارجي. تم تصميم عدد الزعانف وارتفاعها وتباعدها بعناية لتحقيق تبديد الحرارة الأمثل للحمل الحراري.
تصميم مزدوج/متعدد الأسطوانات: بالمقارنة مع المضخات ذات الأسطوانة الواحدة، تقوم المضخات ثنائية الأسطوانة بتوزيع إجمالي استهلاك الطاقة عبر أسطوانتين، مما يقلل من الحمل الحراري اللحظي على أسطوانة واحدة. علاوة على ذلك، فإن المساحة بين الأسطوانتين تسهل تدفق الهواء وتشتيت مصادر الحرارة.
2. نظام تبريد الهواء النشط
مروحة تبريد مدمجة: تشتمل معظم مضخات الهواء الكهربائية للسيارات المتوسطة إلى العالية على مروحة واحدة أو أكثر عالية السرعة. يتم وضع هذه المراوح عادةً بالقرب من المحرك أو الأسطوانة، حيث تقوم بسحب الهواء البارد من الخارج بالقوة، ثم تنفخه على مكونات توليد الحرارة، ثم تقوم بإخراج الهواء الساخن. هذه هي طريقة التبريد الأكثر مباشرة وفعالية.
تصميم مجاري الهواء وتدفق الهواء: يتم دمج قنوات الهواء المخصصة في مبيت المضخة. يستخدم المهندسون محاكاة CFD (ديناميكيات الموائع الحسابية) لتحسين مسار تدفق هواء المروحة، مما يضمن التدفق الدقيق عبر ملفات المحرك والمحامل وجدران الأسطوانات، وتجنب المناطق الميتة لفقد الحرارة.
3. الإدارة الحرارية الذكية والحماية
بالإضافة إلى تبديد الحرارة المادي البحت، تعتمد مضخات الهواء الكهربائية الحديثة للسيارات أيضًا على التكنولوجيا الإلكترونية الذكية للإدارة الحرارية.
الثرمستور / مستشعر درجة الحرارة: يتم تثبيت الثرمستورات PTC / NTC أو أجهزة استشعار درجة الحرارة الرقمية في المواقع الرئيسية على ملفات المحرك أو PCBA أو الأسطوانة. تقوم هذه المستشعرات بمراقبة درجة الحرارة الداخلية لمضخة الهواء في الوقت الفعلي.
الحماية من الحرارة الزائدة: عندما تصل درجة الحرارة الداخلية إلى عتبة محددة مسبقًا (على سبيل المثال، 105 درجة مئوية أو 120 درجة مئوية)، تقوم شريحة التحكم الذكية (MCU) بقطع الطاقة عن المحرك على الفور، مما يؤدي إلى إيقاف التشغيل التلقائي. وهذا يمنع الضرر الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة ويضمن سلامة المستخدم ومتانة المنتج.
تعديل عرض النبض PWM: في بعض مضخات الهواء ذات المحرك بدون فرش عالية الأداء، تقوم وحدة التحكم بضبط دورة عمل PWM للمحرك ديناميكيًا بناءً على تعليقات مستشعر درجة الحرارة. مع الحفاظ على كفاءة النفخ الأساسية، فإنه يقلل بشكل مناسب من قوة المحرك، وبالتالي يمنع تراكم الحرارة السريع ويطيل وقت التشغيل المستمر.
رابعا. تحسين المواد والواجهة
مواد عازلة عالية المقاومة للحرارة: استخدام الأسلاك المطلية بالمينا المقاومة للحرارة العالية والمواد العازلة من الفئة H أو الفئة F (أقصى مقاومة لدرجة الحرارة تبلغ 180 درجة مئوية أو 155 درجة مئوية) يضمن عدم تعرض المحرك لانهيار العزل أو دوائر قصيرة في البيئات ذات درجة الحرارة العالية، وبالتالي تحسين موثوقية مضخة الهواء.
مادة الواجهة الحرارية (TIM): يمكن استخدام الشحم الحراري أو الوسادات الحرارية بين مكونات معينة (مثل الواجهة بين ترانزستورات الطاقة والمشتتات الحرارية على PCBA) لتقليل المقاومة الحرارية للتلامس وضمان نقل الحرارة بكفاءة إلى هيكل تبديد الحرارة.
غلاف البوليمر: حتى لو كان الغلاف مصنوعًا من البلاستيك الهندسي، يتم اختيار مواد مركبة PA أو PC/ABS شديدة المقاومة للهب مع درجة حرارة عالية من Tg (درجة حرارة التحول الزجاجي) لضمان عدم تشوه الغلاف أو تليينه في ظل التشغيل لفترة طويلة في درجة حرارة عالية.
