عملکرد سیستم تهویه خودرو برقی

این روزها، تولید خودروهای برقی و هیبریدی با سرعت زیادی در شرکت‌های خودروسازی دنیا در حال انجام است و کمپانی‌ها با سرعت بالایی به سمت کنارگذاشتن خودروهای با موتورهای بنزینی و دیزلی و جایگزین‌کردن آنها با محصولات برقی و هیبریدی، حرکت می‌کنند. یکی از سؤالاتی که در ذهن بسیاری از افراد علاقه‌مند به دنیای خودرو ایجاد می‌شود، نحوه کارکرد سیسم تهویه مطبوع خودرو برقی و هیبریدی است و اینکه کولر و بخاری در این نوع ماشین‌ها چطور کار می‌کند.

تهویه مطبوع در مقابل مصرف سوخت

فلسفه روی کار آمدن خودرو برقی و ماشین هیبریدی، کاهش مصرف سوخت و حتی حذف پیشرانه‌های درون‌سوز بنزینی و دیزلی است تا هم از وابستگی به سوخت‌های فسیلی کاسته شود و هم با کاهش آلاینده‌ها، مشکلات زیست‌محیطی مثل گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های فسیلی کمتر شود. بنابراین در طرف دیگر قضیه، مصرف برق در این خودروها و بهینه کارکردن آنها و افزایش ظرفیت باتری‌ها به منظور امکان پیمایش بیشتر با خودروهای برقی و هیبریدی، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. به همین دلیل سعی می‌شود تا سیستم‌های مختلف این خودروها نیز به سمت هرچه بهینه‌تر شدن حرکت کنند.

سیستم تهویه مطبوع یکی از نیازهای اساسی در خودروهای امروزی است که به توان زیادی برای کارکردن نیاز دارد و این به معنای دریافت حجم زیادی از انرژی از باتری‌های خودروهای برقی و هیبریدی خواهد بود که می‌تواند در حداکثر پیمایش آنها نیز اثر منفی داشته باشد.

همچنین مشکل دیگری که برای سیستم بخاری خودرو  هیبرید و برقی پیش می‌آید، نبود موتور احتراق داخلی برای گرم‌کردن آب به منظور استفاده در بخاری خودروهای برقی است. البته در نگاه اول، این مشکل در خودروهای هیبریدی نیز می‌تواند وجود داشته باشد. چرا که در بسیاری از مواقع، این خودروها نیز به صورت برقی و با کمک باتری‌ها و در حال خاموشی موتور درون‌سوز کار می‌کنند. اما مهندسان خودرو، راه‌های متفاوتی برای حل این مشکل پیدا کرده‌اند که در خودروهای هیبریدی و برقی به کار گرفته می‌شوند.

سیستم تهویه مطبوع خودرو برقی

در خودروهای برقی، خبری از موتور درون‌سوز برای راه‌اندازی کمپرسور کولر نیست و مشکلات از همین‌جا شروع می‌شود. چرا که کمپرسور کولر خودرو، توان زیادی برای راه‌اندازی و کارکردن نیاز دارد که این مقدار توان به راحتی در موتورهای درون‌سوز توسط پیشرانه تامین می‌شود. ضمن اینکه سیستم تهویه مطبوع خودرو برقی فقط برای گرم‌کردن و سردکردن کابین خودرو نیست و وظیفه دیگر این سیستم، تنظیم نگاه‌داشتن دمای باتری و دیگر قطعات برقی خودرو است.

در خودروهای برقی که از موتور درون‌سوز خبری نیست، انرژی لازم برای کارکردن کمپرسور باید از طریق یک موتور برقی تامین شود که باعث افزایش مصرف باتری‌ها خواهد شد. به همین دلیل سعی می‌شود تا در خودروهای الکتریکی از بالاترین تکنولوژی ساخت موتورهای برقی استفاده شود که مصرف انرژی در آنها تا حد امکان پایین باشد.

سیستم کولر خودرو برقی و هیبریدی به شکل‌های مختلفی دیده می‌شود که بسته به تکنولوژی و حتی سال ساخت آنها دارد. به این معنی که اساس کار شبیه به همان سیستم کولر در خودروهای بنزینی و دیزلی است. با این تفاوت که به جای وجود یک کمپرسور کولر که انرژی لازم برای کارکردن را از موتور خودرو دریافت می‌کند، یک مجموعه شامل کمپرسور و موتور برقی برای به گردش در آوردن گاز کولر در سیستم تهویه مطبوع استفاده شده است. کمپرسور این سیستم، انرژی لازم را از باتری‌ها دریافت می‌کند و به همین علت، حتی در زمان خاموشی خودرو نیز می‌تواند روشن بماند و فضای داخل کابین را خنک کند. این در حالی است که در خودروهای با موتور درون‌سوز، پیشرانه باید روشن باشد و همین قضیه، اشکالات خود را دارد که شامل مصرف سوخت، آلایندگی و… است.

اما در برخی از خودروهای برقی از یک سیستم خنک‌ساز یکپارچه برای خنک‌کاری اتاق در تابستان و همچنین گرم‌کردن کابین در زمستان استفاده می‌شود. به این صورت که کولر طبق معمول و به همان شیوه دیگر خودروها، وظیفه سردکردن اتاق را برعهده دارد و کار گردش گاز در سیستم را یک موتور برقی پرتوان انجام می‌دهد یا از همان موتور برقی محرک خودرو برای این کار استفاده می‌شود.

اما وقتی قرار است تا از همین سیستم خنک‌کاری برای گرم‌کردن اتاق استفاده شود، گاز موجود در سیستم تهویه این بار به جای دریافت گرمای اتاق و پس‌دادن آن در بیرون کابین، گرمای تولیدی از باتری‌ها و حتی موتورها را دریافت و آن را به داخل اتاق خودرو منتقل می‌کند. با این روش، باتری‌ها نیز در یک دمای مشخص کار می‌کنند که در بازدهی آنها نیز بسیار تاثیرگذار است. این کار که شبیه به عملکرد هیت پمپ‌هاست و امروزه جزو تکنولوژی‌های جدید و نوین در صنعت خودروسازی محسوب می‌شود.

تهویه مطبوع و تنظیم حرارت باتری

یکی از فاکتورهای بسیار موثر در چگونگی کارکرد باتری‌ها، تنظیم بودن دمای کار آنهاست. به همین خاطر سعی می‌شود تا هماهنگی بین سیستم تهویه مطبوع و گرمای باتری‌ها وجود داشته باشد. یعنی از گرمای باتری‌ها برای گرم‌کردن اتاق در فصل زمستان استفاده شود و اگر دمای هوا، پایین‌تر از دمای کاری باتری‌هاست، سیستم تهویه مطبوع خودرو برقی برای بالا آوردن دمای باتری‌ها نیز به کار گرفته شود.

همچنین در زمانی که گرمای هوا زیاد است، از کولر خودرو برای تنظیم دمای باتری‌ها نیز استفاده می‌شود. چرا که سرد بودن زیاد هوا یا گرمای بیش از حد، در میزان شارژدهی باتری‌ها تاثیر دارد و به همین دلیل باید باتری‌های خودرو برقی را در یک بازه دمایی مناسب نگه داشت.

مبدل حرارتی یا هیت پمپ

باید یادآور شد که یکی از ابتدایی‌ترین روش‌های گرمایش اتاق در خودروهای برقی، استفاده از مبدل‌های حرارتی است. چیزی شبیه به بخاری برقی و گرمکن صندلی. اما این روش، مصرف انرژی بالایی دارد و امروزه برای خودروهای سبک شهری چندان استفاده نمی‌شود. اما هیت پمپ‌ها نیز بیشتر برای خودروهایی مناسب هستند که مسافت‌های کمی را طی می‌کنند و ظرفیت باتری آنها نیز پایین است. در حالی که هنوز هم مبدل‌های حرارتی برای خودروهای با ظرفیت بالای باتری‌ها مناسب‌تر هستند.

هیت پمپ‌ها از سیکل کاری شبیه به کولر خودرو استفاده می‌کنند. از تکنولوژی هیت پمپ‌ها امروزه در تامین گرمایش و سرمایش خانه‌ها نیز استفاده می‌شود. گاز درون سیکل کاری این سیستم، نقطه‌جوش بسیار پایینی دارد به نحوی که حتی در هوای سرد زمستان نیز می‌تواند به نقطه جوش برسد.

به این شکل که گاز به نقطه جوش می‌رسد و وارد کمپرسور می‌شود. در کمپرسور به گازی با فشار و دمای بالا تبدیل و وارد کندانسور قرارگرفته در داخل کابین می‌شود. فن این بخش به گاز موجود در این قسمت می‌دمد و گرمای آن را به داخل کابین می‌دهد. این سیکل اگر برعکس کار کند، می‌تواند نقش خنک‌کننده را برای کابین نیز داشته باشد که کارکرد آن، شبیه به یخچال است.

تکنولوژی HVH

این تکنولوژی که مخفف عبارت High Voltage Heater (بخاری ولتاژ بالا) است، ساختاری شبیه به بخاری‌های موجود در خودروهای بنزینی و دیزلی دارد و مناسب برای خودروهای تجاری با کابین بزرگ مثل کامیون‌ها و کشنده‌ها و همچنین خودروهای مسافری است.

مبدل حرارتی، آب موجود در سیستم را گرم می‌کند و این آب در داخل اتاق می‌چرخد و در رادیاتورهای تعبیه‌شده، گرمای خود را به بیرون می‌دهد. این همان روشی است که در برخی از بخاری‌های درجاه نیز استفاده می‌شود و مهم‌ترین امتیاز آن، امکان انتقال گرما به هر نقطه‌ای از خودرو است.

سیستم تهویه مطبوع خودرو هیبریدی

خودروهای هیبریدی دارای موتورهای درون‌سوز نیز هستند که در بعضی از مدل‌ها همچون خودروهای بنزینی و دیزلی، بخاری و سیستم کولر بر پایه موتور درون‌سوز دارند. ضمن اینکه تمام خودروهای هیبریدی نیز توانایی پیمودن مسیرهای طولانی بدون استفاده از موتور درون‌سوز را ندارند. اما از آنجایی که برخی از ماشین‌های هیبریدی امکان پیمایش و حرکت در حالت تمام برقی نیز وجود دارد، سیستم کولر و بخاری آنها باید این امکان را داشته باشد که بتواند مجزا از موتور درون‌سوز نیز کار کند.

در ابتدا باید بدانیم که تکنولوژی سیستم کولر و کمپرسور کولر در خودروهای هیبریدی و برقی، با آنچه که تا امروز دیده‌ایم کمی تفاوت دارد. تفاوت آنها به معنی کارکردی متفاوت از هم نیست و بیشتر از نظر تکنولوژی ساخت و بازدهی خواهد بود.

در برخی از خودروهای هیبریدی از یک موتور الکتریکی AC با ولتاژ بالا که حتی بین ۲۰۰ تا ۴۰۰ ولت است، برای راه‌اندازی کولر خودرو استفاده می‌شود. این موتور می‌تواند در قالب یک مجموعه با کمپرسور کولر باشد یا به صورت جدا و در ارتباط با کمپرسور کولر کار کند. به این ترتیب حتی در مواقعی که پیشرانه خاموش باشد، می‌توان از سیستم تهویه مطبوع استفاده کرد. البته که استفاده از سیستم تهویه مطبوع در این وضعیت، باعث کاهش شارژ سریع‌تر باتری‌ها می‌شود و در برد خودرو اثر ملموسی دارد.

نکته مهم در خصوص این نوع از کمپرسورها، روانکاری مخصوص آنهاست که باید از روغن خاصی استفاده کرد تا مشکلی در ساز و کار آنها پیش نیاید.

در بعضی از خودروهای هیبریدی، کمپرسور کولر به موتور بنزینی نیز از طریق تسمه متصل است و با یک تسمه دیگر نیز با موتور الکتریکی ولتاژ بالا ارتباط دارد. به این ترتیب هم امکان کارکرد با موتور بنزینی برای آن فراهم است و هم در حالت خاموشی موتور بنزینی، موتور برقی امکان راه‌اندازی کولر را دارد.

اما این روش به خاطر پیچیدگی‌هایش، طرفداران چندانی پیدا نکرد و امروزه چندان رایج نیست. چرا که در زمان روشن بودن موتور بنزینی و با شارژی که روی باتری‌ها انجام می‌شود، موتور برقی به راحتی جوابگوی سیستم کولر ماشین خواهد بود و دیگر بحث کاهش شارژ باتری‌ها نیز در میان نیست.

سلامت باتری در خودروهای هیبریدی

باتری‌ها در خودروهای هیبریدی وضعیت بسیار بهتری از نظر ماندن در بازه دمایی مناسب خودشان دارند. به این معنی که چون در خودروهای هیبریدی، یک موتور درون‌سوز وجود دارد و این موتور می‌تواند سیستم تهویه مطبوع را راه‌اندازی کند، باتری‌ها نیز در هوای سرد سال و گرم سال، به کمک این سیستم می‌توانند در بازه دمایی مناسب کار کنند که همین قضیه، عمر باتری این خودروها را بالاتر می‌برد.

تکنولوژی eCompressor

این تکنولوژی توسط برخی از شرکت‌های سازنده سیستم‌های خودرویی مثل دنسو معرفی شده است. در این تکنولوژی از یک سیستم یکپارچه برای کمپرسور کولر و موتور الکتریکی مورد نیاز برای راه‌اندازی آن استفاده شده است. به این معنی که یک اینورتر و تبدیل‌کننده قوی، جریان باتری‌ها را دریافت و آن را از DC به AC تبدیل می‌کند. این جریان در اختیار موتور الکتریکی قرار می‌گیرد تا کمپرسور کولر را نیز راه‌اندازی کند. این تکنولوژی امکان استفاده از سیستم تهویه و کولر را حتی در زمان خاموشی و پارک بودن خودرو را نیز می‌دهد.

نتیجه گیری

دنیا به سمت استفاده از خودروهای برقی و هیبریدی حرکت می‌کند و به نظر می‌آید طبق برنامه‌ریزی‌های دولت‌ها، تا کمتر از یک دهه دیگر، آمار تولید خودروهای بنزینی سواری به صفر نزدیک شود. در این میان، استفاده از تکنولوژی‌های نوین و جدید برای برخی از قسمت‌های این خودروها لازم و ضروری است که سیستم تهویه مطبوع خودرو برقی و هیبرید، یکی از مهم‌ترین آنهاست. چرا که اساسا به آسایش راننده و سرنشینان مربوط می‌شود.

شرکت‌های تکنولوژی بزرگ دنیا به سمت معرفی بهترین و کم‌مصرف‌ترین روش‌ها برای این بخش از خودروها هستند و کمپانی‌های بزرگی که قبلا در ساخت شمع و وایر و بخش‌های این‌چنینی خودروهای بنزینی و دیزلی مشغول بوده‌اند، حالا به سمت معرفی تکنولوژی‌های مربوط به خودروهای برقی و هیبریدی حرکت کرده‌اند.

سوال های متداول

آیا در خودروهای برقی نیز از آب برای سیستم‌های مختلف استفاده می‌شود؟

باتری خودروهای برقی باید گرم بمانند تا دچار افت توان در اثر سرما نشوند و همچنین از گرم‌شدن بیش از حد آنها نیز جلوگیری شود. از روش‌های مختلفی برای این کار استفاده می‌شود که یکی از آنها، گردش آب در بین آنهاست. همچنین گرمای بیش از استاندارد باتری‌ها در فصل گرم نیز باید تا حد زیادی دفع شود که بازهم از آب و رادیاتور برای این کار استفاده می‌شود.

هیت پمپ چگونه می‌توانند هم در نقش سردکننده و هم گرم‌کننده کابین ظاهر شوند؟

هیت پمپ‌ها یک سیکل کاری شبیه به یخچال و کولر گازی دارند. اما تفاوت‌های جزیی در سیستم کاری آنها باعث می‌شود تا بتوانند در فصل گرم نیز، گرمای کابین را به بیرون بدهد که کارکردی شبیه به یخچال است.

نویسنده: علیرضا داودی