زمستان و باتری خودروهای برقی: کاهش برد و مصرف انرژی

زمستان و باتری خودروهای برقی: چرایی کاهش برد و کارایی گرمایش

در هوای سرد زمستانی، خودروهای برقی با مجموعه‌ای از چالش‌های فنی روبه‌رو می‌شوند که بر کارایی باتری و گرمایش کابین اثر می‌گذارد. این گزارش به بررسی علل اصلی کاهش برد و مصرف انرژی در این خودروها می‌پردازد و تلاش می‌کند تا تصویری روشن از چگونگی مدیریت انرژی در شرایط سرد ارائه کند. به گزارش تیم آرشیو کامل، نقش گرمایش الکتریکی در خودروهای برقی به طور مستقیم با مقدار انرژی ذخیره‌شده در باتری ارتباط دارد و در نتیجه می‌تواند برد خودرو را به شکل قابل توجهی تحت تأثیر قرار دهد.

در بسیاری از خودروهای برقی، گرمایش کابین به وسیله بخاری‌های الکتریکی با ضریب دمای مثبت یا همان PTC انجام می‌شود. این بخاری‌ها از المان‌های سرامیکی یا فلزی ساخته شده‌اند که با عبور جریان، مقاومت این المان‌ها افزایش یافته و گرما تولید می‌شود. این فرایند به طور مستقیم انرژی از باتری اصلی را مصرف می‌کند و به خاطر نبود گرمای اضافی از یک موتور احتراقی، هر مقدار انرژی صرف شده برای گرمایش، انرژی در دسترس برای حرکت را کاهش می‌دهد. در عمل، جریان DC باتری اصلی که معمولاً بین ۴۰۰ تا ۸۰۰ ولت است، به کنترلر بخاری ارسال می‌شود و این المان‌ها با مقاومت قابل تغییر، گرما تولید می‌کنند. در سرمای شدید، بخاری‌های PTC ممکن است قدرت خود را تا حدود ۱۰ کیلووات نیز افزایش دهند تا دمای کابین را در سریع‌ترین زمان ممکن به سطح مطلوب برسانند.

مزیت کلیدی این سیستم ساده بودن، ارزان بودن و قابل اعتماد بودن آن است؛ با این حال، بازده حرارتی این سیستم به طور تقریبی ۹۵ تا ۱۰۰ درصد است و هیچ گرمای اضافی از منابع دیگر دریافت نمی‌شود. بنابراین در دمای زیر صفر، برای گرم کردن کابین، خودرو ممکن است سالانه چند کیلووات ساعت انرژی مصرف کند که به سرعت از باتری کم می‌شود. گرمایش مستقیم کابین از طریق این بخاری‌ها به طور معمول بین ۵ تا ۷ کیلووات نیرو مصرف می‌کند و در شرایط سرد می‌تواند تا ۱۰ کیلووات برسد، که به صورت واضحی برد را کاهش می‌دهد.

عوامل فنی موثر بر مصرف بالا در زمستان شامل چند دسته است. نخست، گرمایش کابین با مقدار انرژی مستقیم ۵ تا ۷ کیلووات می‌تواند معادل ۲۰ تا ۳۰ درصد برد در رانندگی شهری را کم کند. دوم، در دمای پایین، کارایی باتری‌های لیتیوم-یون کاهش می‌یابد و خودرو نیاز دارد تا برای حفظ عملکرد شارژ، به گرمایش باتری بپردازد تا شارژ و دشارژ در بازه‌های امن انجام شود؛ این فرایند هم انرژی مصرف می‌کند. سوم، هوای سرد چگالی بیشتری دارد و این موضوع با افزایش ضریب درگ خودرو را به نیروهای جبران کننده بیشتری نیازمند می‌کند. در نتیجه، موتور و اینورتور در سردی کمتر کارایی دارند. چهارم، استفاده از امکاناتی مانند گرمکن صندلی، فرمان و شیشه‌ها نیز انرژی قابل توجهی مصرف می‌کند. تمام این عوامل دست به دست هم می‌دهند تا برد واقعی در زمستان نسبت به تابستان به شدت کاهش یابد.

برای ارائه یک تصویر عددی از این وضعیت، می‌توان گفت که گرمایش کابین به طور مستقیم بین ۵ تا ۷ کیلووات مصرف می‌شود و در برخی شرایط ممکن است به ۱۰ کیلووات برسد. این میزان مصرف انرژی می‌تواند برابر با کاهش ۲۰ تا ۳۰ درصد برد در رانندگی شهری باشد. به طور نمونه، خودرویی که در تابستان بردی برابر با ۵۰۰ کیلومتر دارد، در زمستان می‌تواند تنها ۳۰۰ تا ۳۵۰ کیلومتر را پوشش دهد. این اعداد برای اکثر خودروهای برقی با باتری‌های لیت­یومی تا حد زیادی مشابه هستند، اما شدت اثر به کاربری، دما و تنظیمات گرمایشی خودرو بستگی دارد.

در کنار این گزارش، برخی نکات مدیریتی وجود دارند که می‌توانند از افت برد در زمستان بکاهند. نخست، پیش‌گرمایش باتری قبل از حرکت را در نظر بگیرید تا دمای باتری در حین حرکت به سطح بهینه برسد. دوم، اقدام به گرمایش کابین از طریق تکیه بر منابع برق خودرو را در حالت‌های کم‌بار یا هنگام پارک خارج از حرکت کاهش دهید و به جای آن از گرمایش با توان پایین بهره ببرید تا انرژی کمتری مصرف شود. سوم، استفاده بهینه از گرمایش صندلی و گرمایش فرمان می‌تواند گرمایش کابین را به شکل کارآمدتری انجام دهد. چهارم، حفظ فاصله مناسب با مبدأ سفر و نرم‌سازی سرعت می‌تواند مصرف انرژی را کاهش دهد. پنجم، شارژ مناسب و برنامه‌ریزی مناسب برای شارژ در هوای سرد به حفظ کارایی باتری کمک می‌کند. در نتیجه، ارتقای آگاهی راننده و استفاده از گزینه‌های بهینه گرمایشی می‌تواند به حفظ برد در شرایط سرد زمستانی کمک کند.

علاوه بر موارد فنی، نحوه استفاده از سیستم‌های گرمایشی و وضعیت بازاریابی شرکت‌ها نیز بر هزینه‌های مصرفی و برد تأثیرگذار است. به گزارش تیم آرشیو کامل، استفاده از گرمایش پیشگیرانه و انجام آزمایش‌های میدانی در دمای پایین می‌تواند به بهبود کارایی و کاهش فشار بر باتری در فصول سرد منجر شود. با توجه به این نکته، مصرف انرژی در EV در شرایط سرد به عنوان یک معیار مهم در بازار خودروهای برقی شناخته می‌شود و مطالعه‌های آینده می‌تواند با ارائه گزینه‌های نوین گرمایش و مدیریت انرژی، برد را افزایش دهد.

برای مخاطبان جدی فناوری، دانستن این نکات به معنای برنامه‌ریزی بهتر سفرها و استفاده از فناوری‌های موجود در خودرو است. به گزارش تیم آرشیو کامل، بسیاری از تولیدکنندگان به دنبال بهبود سیستم‌های گرمایشی هستند تا مصرف انرژی را بهینه‌تر کنند و با معرفی عملکرد بهتر در دماهای پایین، برد را حفظ کنند. بنابراین، با وجود چالش‌های زمستانی، گزینه‌های متنوعی برای کاهش فشار بر باتری و بهبود برد وجود دارد که به تدریج در خودروهای برقی گسترش پیدا می‌کند.

در نهایت باید گفت که آگاهی از اثرات دمایی بر باتری و گرمایش، همراه با برنامه‌ریزی مناسب سفر و استفاده از فناوری‌های مناسب گرمایشی، می‌تواند به مدیریت بهتر مصرف انرژی و حفظ برد در فصل سرد کمک کند. این موضوع به ویژه برای کاربران خانگی و رانندگان با استفاده گسترده از خودروهای برقی در مناطق سردسیر اهمیت دارد و ارتقای قابلیت‌های نرم‌افزاری با هدف بهبود تجربه کاربری را می‌طلبد.

تحلیل حقوقی-اجرایی با رعایت قوانین جمهوری اسلامی ایران

در تحلیل اجرایی این موضوع، باید به چارچوب‌های قانونی و مقررات ملی توجه کرد. با توجه به قوانین جمهوری اسلامی ایران مبنی بر امنیت انرژی و حفاظت از زیرساخت‌های حیاتی، استفاده از فناوری‌های گرمایشی برقی باید به طور ایمن و شامل استانداردهای طراحی و ایمنی باشد. مصرف انرژی و مدیریت آن در خودروهای عمومی از منظر مقررات مصرف انرژی و حریم مصرف برق در شهرها قابل بررسی است و به‌کارگیری روش‌های بهینه‌سازی مصرف باید با نظارت فنی و رعایت استانداردهای ایمنی انجام شود تا از هرگونه آسیـب به خودرو و کاربر جلوگیری شود. همچنین استفاده از پیش‌گرمایش باتری با هدف جلوگیری از کاهش شدید برد، اگرچه بهینه است، اما باید با مدیریت زمان‌بندی مناسب و عدم ایجاد فشار ثانویه بر شبکه برق انجام شود تا مسائلی مانند مصرف هم‌زمان در بازه‌های پیک انرژی پیش نیاید. در نهایت، هرگونه تحلیل یا پیشنهاد عملی باید از منظر اجرایی غیرسیاسی و امنیتی، اما با در نظر گرفتن ملاحظات حقوقی و بندهای ایمنی، ارائه شود تا از مغایرت با اصول قانونی و سیاست‌های عمومی پرهیز گردد و به بهبود کارایی بدون ایجاد ریسک اضافی منجر شود.