خودروهای برقی میانه خوبی با هوای سرد ندارند. به تازگی اخباری درباره تعدادی از ایستگاه‌های سوپرشارژر تسلا در شیکاگو خبرساز شدند. چون باتری برخی از خودروهای برقی که در آن‌جا شارژ شده بودند تحت تاثیر سرمای شدید خالی شده بود و خودروها با یدک‌کش جابجا شدند. امروز در دیجی ماشین به راهکارهای حل این معضل خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.
خودروهای برقی به دو دلیل در هوای سرد به مشکل می‌خورند. یکی از آن‌ها شیمیایی است: در باتری‌های لیتیوم یونی که در خودروهای برقی و گوشی‌ها استفاده می‌شوند، یون‌های لیتیوم باید از رساناهای با بار منفی (کاتد) به سمت رساناهای با بار مثبت (آند) حرکت کنند. سرما باعث می‌شود یون‌ها آهسته‌تر به سمت آند حرکت کنند، بنابراین شارژ کردن یک باتری سرد سخت‌تر از یک باتری گرم است. دلیل دوم کاربردی‌تر است: در هوای سرد، سرنشینان خودرو به احتمال بیشتری سیستم گرمایشی را روشن می‌کنند که انرژی آن توسط باتری خودروی برقی تأمین می‌شود. این کار برد حرکتی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. پژوهش‌ها نشان داده است که سرمای شدید محدوده پیمایش خودروها را بین ۱۶ تا ۴۶ درصد کاهش می‌دهد.
در چند سال گذشته، فناوری پمپ‌های حرارتی مشکلات خودروهای برقی در آب و هوای سرد را بهبود بخشیده است. اما این مشکل را به طور کامل حل نکرده است. پمپ‌های حرارتی گرما را از بیرون خودرو به داخل منتقل می‌کنند تا سرنشینان را گرم نگه دارند و از هدررفت انرژی باتری جلوگیری کنند. پمپ‌های حرارتی می‌توانند حتی در هوای خیلی سرد تا ۱۰ درجه هوای گرم را به داخل خودرو بیاورند.
پمپ حرارتی، عضو جدا نشدنی خودروهای برقی
امروزه پمپ‌های حرارتی در بسیاری از خودروهای برقی جدید وجود دارند. تسلا از سال ۲۰۲۱ از فناوری پمپ حرارتی اختصاصی خودش استفاده می‌کند. جگوارI-Pace نیز مانند جدیدترین مدل‌های بی ام و سری i، هیوندای آیونیک ۵، جدیدترین آئودی e-Tron و کیا EV9 از پمپ حرارتی بهره می‌برد.
جان کلی، استاد و مدرس فناوری خودرو با تمرکز بر فناوری خودروهای هیبریدی و برقی در دانشگاه ایالتی وبر می‌گوید: “در حال حاضر هر خودروی برقی که بدون پمپ حرارتی تولید می‌شود، به اندازه یک دایناسور آلودگی ایجاد می‌کند.”
پمپ‌های حرارتی به این دلیل کارآمد هستند که به جای تولید گرما، آن را از منابع موجود جذب می‌کنند. مثلا اگر در خانه از یک بخاری استفاده می‌کنید، در واقع در حال سوزاندن گازهای گرم‌کننده سیاره هستید که گرمای جدیدی تولید می‌کنند و آن را به محیط اطراف بدنه منتقل می‌کنند. اما پمپ حرارتی گرما را از هوای بیرون استخراج و آن را به داخل محیط پمپ می‌کند.
این قضیه در مورد خودروها هم صدق می‌کند. یک خودروی درون‌سوز برای تامین انرژی خود بنزین می‌سوزاند، اما با این کار گرمای بیهوده زیادی تولید می‌کند که سپس به داخل کابین پمپ می‌شود. براساس داده‌ها، خودروهای برقی بسیار کارآمدتر هستند و بیش از سه چهارم الکتریسیته آن‌ها صرف به حرکت درآوردن چرخ‌ها می‌شود. این یعنی گرمای تلف‌شده کمتری برای جذب و گرم کردن سرنشینان وجود دارد. در عین حال، یک خودروی برقی مجهز به پمپ حرارتی می‌تواند گرما را حتی در هوای خیلی سرد از بیرون استخراج کند تا فضای داخلی و حتی باتری را گرم کرده و کارایی خودرو را در هوای سرد افزایش دهد.
توسعه کتری برقی به پمپ حرارتی!
نسل‌های قبلی خودروهای برقی معمولا دارای سیستم گرمایش مقاومتی الکتریکی بودند که در اصل یک کتری برقی یا بخاری دیواری مخصوص خودرو بود. پمپ‌های حرارتی در گذشته برای استخراج گرما از هوای سرد به مشکل می‌خوردند. اما پیشرفت‌های اخیر در فناوری پمپ‌های حرارتی، از کمپرسورهای با سرعت متغیر تا سیستم‌های خنک‌کننده پیچیده‌تر، آن‌ها را به قدری کارآمد کرده‌اند که می‌توانند حتی در هوای خیلی سرد، یک خانه یا یک خودروی برقی را گرم نگه دارند. برخی مطالعات نشان می‌دهند که پمپ‌های حرارتی به خودروهای برقی کمک می‌کنند تا در هوای سرد از هدررفت ۳ تا ۱۵ درصد از برد حرکتی -تا ۵۰ مایل- جلوگیری کنند.
حتی با این پیشرفت‌های جدید، هوای به شدت سرد و یخبندان برای پمپ‌های حرارتی مشکل‌ساز می‌شود. جان روزنو پژوهشگر یک سازمان غیردولتی در زمینه انرژی و برقی‌سازی می‌گوید: ” اگر دما خیلی سرد باشد، کارایی کاهش خواهد یافت. اما پمپ حرارتی نیاز به انرژی برای گرمایش را بسته به دمای بیرون و کارایی پمپ، تا دو سوم یا بیشتر کاهش می‌دهد.”
سیستم‌های پیشرفته‌تر در دست توسعه هستند
برخی از متخصصان یک پمپ حرارتی را با یک سیستم گرمایش مقاومتی در کنار هم قرار می‌دهند. این ترکیب می‌تواند هوای داخل خودرو را به دمایی برساند تا پمپ حرارتی وارد عمل شود. به عنوان مثال، پمپ حرارتی تسلا علاوه بر هوای اطراف خودرو، از ۱۶ منبع مختلف، از جمله موتور دمنده و کامپیوتر اتوپایلوت آنبورد، هر مقدار گرمای زائد که می‌تواند را جذب می‌کند.
در آب و هوای یخبندان، رانندگان خودروهای برقی می‌توانند اقداماتی برای جلوگیری از خالی شدن باتری‌های خود انجام دهند. اگر در خانه، محل کار یا مدرسه به شارژر دسترسی دارند، باید هر زمان که می‌توانند خودروی خود را شارژ کنند، که نه تنها به آن‌ها اجازه شارژ سریع‌تر را می‌دهد بلکه باتری را در وضعیت بهتری نگه می‌دارد. آن‌ها باید با ویژگی‌های شارژ خودروهای خود آشنایی پیدا کنند. بسیاری از خودروهای برقی حالت‌هایی دارند که به آماده‌سازی باتری برای شارژ کمک می‌کنند، تا خودرو پس از اتصال به شارژر، به طور موثرتر الکتریسیته را جذب کند. رانندگان همچنین می‌توانند به سراغ شارژرهای محلی بروند، تا اگر باتری خودرو در زمستان کارایی کمتری پیدا کرد، به راحتی بتوانند آن را شارژ کنند.
