همه چیز درباره سیستم تهویه مطبوع خودرو برقی و هیبریدی و نحوه عملکرد آن

مقدمه

با پیشرفت تکنولوژی خودروهای برقی و هیبریدی، جنبه‌های مختلفی از عملکرد این خودروها بهبود یافته و بهینه‌سازی شده است. یکی از این جنبه‌ها، سیستم تهویه مطبوع است که نقش مهمی در راحتی راننده و سرنشینان ایفا می‌کند. در خودروهای برقی و هیبریدی، به دلیل ویژگی‌های خاص این نوع خودروها، سیستم تهویه مطبوع به شکلی طراحی شده است که با توجه به محدودیت‌های انرژی، کارایی بالاتر و مصرف کمتری داشته باشد. در این مقاله قصد داریم به بررسی سیستم تهویه مطبوع در این خودروها، نحوه عملکرد آن و تفاوت‌های آن با خودروهای بنزینی و دیزلی بپردازیم. همچنین به تأثیرات این سیستم‌ها بر مصرف انرژی، عمر باتری و راحتی کلی در سفرهای طولانی خواهیم پرداخت.

همچنین بخوانید: شارژ خودرو های هیبریدی : نکات ضروری برای بهینه‌ترین عملکرد

سیستم کولر در خودروهای برقی

سیستم کولر در خودروهای برقی یکی از بخش‌های حیاتی و پرکاربرد در طراحی خودروهای مدرن است. برخلاف خودروهای احتراقی که کمپرسور کولر آن‌ها به وسیله تسمه و موتور بنزینی یا دیزلی به حرکت درمی‌آید، در خودروهای الکتریکی از کمپرسور برقی استفاده می‌شود. این کمپرسور انرژی مورد نیاز خود را مستقیماً از باتری خودرو تأمین کرده و همین موضوع باعث می‌شود کولر حتی در حالت توقف کامل خودرو نیز بدون مشکل کار کند.

اما کولر خودرو برقی چگونه کار می‌کند؟ در این سیستم، گاز مبرد توسط کمپرسور الکتریکی به جریان درمی‌آید و پس از عبور از کندانسور و تبخیرکننده، سرمایش مورد نیاز کابین را فراهم می‌سازد. این فرآیند مشابه کولرهای سنتی است، اما چون موتور احتراقی در کار نیست، راندمان بالاتر و صدای کمتری دارد.

یکی از فناوری‌های پیشرفته‌ای که در بسیاری از خودروهای برقی و هیبریدی مورد استفاده قرار می‌گیرد، ایرکاندیشن خودرو با پمپ حرارتی (Heat Pump) است. پمپ حرارتی علاوه بر تولید سرما، توانایی تولید گرما را نیز دارد و در فصل‌های سرد به جای استفاده از بخاری‌های پرمصرف برقی، با بهینه‌ترین حالت انرژی، کابین خودرو را گرم می‌کند.

از دیگر مزیت‌های سیستم تهویه برقی می‌توان به قابلیت‌های هوشمند اشاره کرد. بسیاری از خودروهای برقی مانند تسلا، هیوندا و کیا امکان روشن کردن کولر یا بخاری را از طریق اپلیکیشن موبایل فراهم کرده‌اند. این یعنی شما می‌توانید قبل از سوار شدن به خودرو، دمای کابین را به حالت مطلوب برسانید.

به طور کلی، سیستم کولر در خودروهای برقی با ترکیب کمپرسور الکتریکی و فناوری‌های مدرن مانند پمپ حرارتی، تجربه‌ای راحت، بی‌صدا و کم‌مصرف برای رانندگان به ارمغان می‌آورد و از نظر دوام و کارایی نسبت به سیستم‌های سنتی برتری دارد.

بررسی تاثیر سیستم تهویه مطبوع در مصرف سوخت

هدف اصلی از تولید خودروهای برقی و هیبریدی، کاهش مصرف سوخت و حتی جایگزینی پیشرانه‌های درون‌سوز بنزینی و دیزلی است تا بتوان وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش داد و مشکلات زیست‌محیطی مثل انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌ها را کاهش داد. در کنار این تغییرات، مسئله مصرف برق در این خودروها و بهینه‌سازی عملکرد آنها، به ویژه با توجه به ظرفیت باتری‌ها و توانایی پیمایش بیشتر، به یکی از اولویت‌های اصلی تبدیل شده است. در نتیجه، مهندسان و طراحان خودرو تلاش می‌کنند تا سیستم‌های مختلف این خودروها را هرچه بیشتر بهینه کنند.

یکی از سیستم‌هایی که در خودروهای امروزی به شدت انرژی مصرف می‌کند، سیستم تهویه مطبوع است. این سیستم برای کارکرد صحیح خود نیاز به انرژی زیادی دارد که در خودروهای برقی و هیبریدی به معنای مصرف بیشتر باتری‌ها است. این موضوع می‌تواند تأثیر منفی روی میزان پیمایش این خودروها داشته باشد.

در کنار این موضوع، یک چالش دیگر برای خودروهای برقی و هیبریدی، گرم کردن آب برای سیستم بخاری است. در خودروهای بنزینی، این کار معمولاً از طریق موتور احتراق داخلی انجام می‌شود، اما در خودروهای برقی، به دلیل عدم وجود این موتور، مهندسان باید راه‌حل‌های جدیدی پیدا کنند تا این مشکل را برطرف کنند. در خودروهای هیبریدی هم که گاهی اوقات موتور درون‌سوز خاموش است و تنها باتری‌ها تأمین انرژی می‌کنند، این چالش وجود دارد، اما باز هم مهندسان راه‌های نوآورانه‌ای برای حل این مشکل پیدا کرده‌اند.

همچنین بخوانید: معرفی بهترین مدل های هیبریدی تویوتا برای سال 1403

عملکرد سیستم تهویه مطبوع در خودروهای برقی و هیبریدی

در خودروهای برقی، به دلیل نبود موتور درون‌سوز، تامین انرژی برای راه‌اندازی کمپرسور کولر به چالش تبدیل می‌شود. در خودروهای بنزینی، پیشرانه داخلی به راحتی توان لازم برای کمپرسور را فراهم می‌کند، اما در خودروهای برقی، این وظیفه به عهده یک موتور برقی است که مصرف باتری‌ها را افزایش می‌دهد. علاوه بر تأمین سرمایش کابین، سیستم تهویه مطبوع خودروهای برقی وظیفه مهم دیگری هم دارد: تنظیم دمای باتری‌ها و سایر قطعات برقی خودرو.

از آنجایی که در خودروهای برقی موتور درون‌سوز وجود ندارد، انرژی کمپرسور باید از طریق موتور برقی تأمین شود که این امر مصرف باتری‌ها را بالا می‌برد. به همین دلیل، تولیدکنندگان خودروهای برقی از فناوری‌های پیشرفته برای ساخت موتورهای برقی استفاده می‌کنند تا مصرف انرژی این سیستم‌ها را به حداقل برسانند.

سیستم تهویه مطبوع در خودروهای برقی و هیبریدی مشابه سیستم کولر در خودروهای بنزینی است، اما با یک تفاوت مهم: به جای اینکه کمپرسور از پیشرانه خودرو انرژی بگیرد، از یک موتور برقی برای راه‌اندازی کمپرسور و گردش گاز کولر در سیستم استفاده می‌شود. این موتور برقی انرژی مورد نیاز خود را از باتری‌ها می‌گیرد، بنابراین حتی زمانی که خودرو خاموش است، می‌تواند کمپرسور را روشن نگه دارد و فضای کابین را خنک کند، برخلاف خودروهای با موتور درون‌سوز که باید پیشرانه روشن باشد.

در برخی خودروهای برقی، از سیستم خنک‌سازی یکپارچه‌ای استفاده می‌شود که هم برای خنک کردن فضای کابین در تابستان و هم برای گرم کردن آن در زمستان طراحی شده است. این سیستم از همان موتور برقی که محرک خودرو است، برای گردش گاز کولر استفاده می‌کند. وقتی قرار باشد از این سیستم برای گرم کردن کابین استفاده شود، گاز کولر گرمای تولیدی از باتری‌ها و موتورها را جذب کرده و آن را به داخل کابین منتقل می‌کند. این روش مشابه عملکرد پمپ حرارتی است و به نگهداری دمای مطلوب باتری‌ها کمک می‌کند، که در نهایت بازدهی و عمر آنها را بهبود می‌بخشد. این تکنولوژی جدید به عنوان یکی از نوآوری‌های صنعت خودروسازی شناخته می‌شود.

همچنین بخوانید: همه چیز درباره کارکرد کمپرسور کولر خودرو

سیستم تهویه مطبوع و مدیریت دمای باتری

یکی از عوامل اساسی در عملکرد بهینه باتری‌ها، تنظیم دمای مناسب آنهاست. به همین دلیل، تلاش می‌شود تا سیستم تهویه مطبوع خودرو و دمای باتری‌ها هماهنگ باشند. برای مثال، در فصل زمستان از گرمای تولیدی باتری‌ها برای گرم کردن کابین خودرو استفاده می‌شود. همچنین، اگر دمای محیط پایین‌تر از دمای مناسب برای باتری‌ها باشد، سیستم تهویه مطبوع وارد عمل می‌شود تا دمای باتری‌ها را به سطح مطلوب برساند.

در فصول گرم‌تر، از کولر خودرو برای تنظیم دمای باتری‌ها بهره‌برداری می‌شود. زیرا دمای بسیار پایین یا بالا می‌تواند بر عملکرد و ظرفیت شارژدهی باتری‌ها تأثیر منفی بگذارد. بنابراین، حفظ دمای مناسب برای باتری‌ها اهمیت زیادی دارد تا از عملکرد بهینه و طول عمر بیشتر آنها اطمینان حاصل شود.

مبدل‌های حرارتی و هیت پمپ‌ها؛ راه‌های نوین گرمایش در خودروهای برقی

یکی از روش‌های ابتدایی برای گرم کردن اتاق در خودروهای برقی، استفاده از مبدل‌های حرارتی است که شباهت زیادی به بخاری‌های برقی و گرمکن‌های صندلی دارند. این روش مصرف انرژی زیادی دارد و به همین دلیل امروزه کمتر در خودروهای سبک شهری مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیت پمپ‌ها، که معمولاً برای خودروهایی با مسافت پیمایش کم و باتری‌های کوچک مناسب‌ترند، جایگزین مناسبی به شمار می‌آیند. البته هنوز هم مبدل‌های حرارتی برای خودروهایی با ظرفیت باتری بالا کاربرد دارند.

هیت پمپ‌ها از چرخه‌ای مشابه سیستم کولر خودرو استفاده می‌کنند. این تکنولوژی که در حال حاضر در سیستم‌های گرمایش و سرمایش منازل نیز به کار می‌رود، به گونه‌ای طراحی شده است که گاز داخل سیستم می‌تواند حتی در هوای سرد زمستان به نقطه جوش برسد.

در این فرآیند، گاز ابتدا به نقطه جوش می‌رسد و وارد کمپرسور می‌شود. در کمپرسور، گاز به دمای بالا و فشار زیاد تبدیل می‌شود و سپس وارد کندانسور داخل کابین می‌شود. در اینجا، فن موجود به گاز دمیده و گرمای آن را به داخل کابین منتقل می‌کند. اگر این چرخه معکوس شود، می‌تواند همانند سیستم یخچال عمل کند و هوا را خنک نماید.

سیستم تهویه مطبوع خودرو هیبریدی

خودروهای هیبریدی علاوه بر موتور الکتریکی، از موتور درون‌سوز نیز بهره می‌برند. در برخی مدل‌ها، سیستم کولر و بخاری آن‌ها مشابه خودروهای بنزینی و دیزلی، مستقیماً وابسته به پیشرانه درون‌سوز است. با این حال، برخی خودروهای هیبریدی توانایی حرکت در حالت تمام برقی را دارند، بنابراین سیستم تهویه مطبوع آن‌ها باید به گونه‌ای طراحی شود که بدون نیاز به موتور درون‌سوز نیز کار کند.

سیستم کولر در خودروهای هیبریدی و برقی از نظر عملکرد تفاوت چندانی با مدل‌های بنزینی ندارد، اما از لحاظ فناوری و بازدهی ساختاری متفاوت دارد. در بسیاری از مدل‌های هیبریدی، یک موتور الکتریکی AC با ولتاژ بالا (۲۰۰ تا ۴۰۰ ولت) برای راه‌اندازی کمپرسور کولر استفاده می‌شود. این موتور می‌تواند مستقیماً در داخل کمپرسور قرار گرفته باشد یا به صورت جداگانه با کمپرسور همکاری کند. این طراحی امکان استفاده از کولر را حتی در زمان خاموش بودن موتور درون‌سوز فراهم می‌کند، هرچند که در این حالت، مصرف انرژی از باتری افزایش یافته و میزان پیمایش خودرو کاهش می‌یابد.یکی از نکات مهم در این سیستم، استفاده از روغن روانکاری مخصوص است که متناسب با این نوع کمپرسورها طراحی شده و از بروز مشکلات فنی جلوگیری می‌کند.

در برخی از خودروهای هیبریدی، کمپرسور کولر به دو منبع قدرت متصل است: هم از طریق تسمه به موتور درون‌سوز متصل بوده و هم با یک موتور الکتریکی ولتاژ بالا ارتباط دارد. به این ترتیب، کولر می‌تواند هم از نیروی موتور بنزینی و هم از موتور الکتریکی استفاده کند.با این حال، این روش به دلیل پیچیدگی مکانیکی و هزینه‌های نگهداری بالا، به تدریج کنار گذاشته شده است. امروزه اکثر خودروهای هیبریدی از موتور الکتریکی برای راه‌اندازی کمپرسور بهره می‌برند و در زمان روشن بودن موتور بنزینی، سیستم شارژ باتری به تأمین انرژی مورد نیاز کولر کمک می‌کند، بدون اینکه نگران کاهش سریع شارژ باتری باشیم.

همچنین بخوانید: رانندگی هوشمند در باران؛ نقش سنسور باران در خودروهای مدرن