خودروهای درون‌سوز سال‌هاست با استفاده از رادیاتور دمای موتور را کنترل می‌کنند. اما وقتی پای خودروهای برقی وسط باشد، ماجرا کمی متفاوت است؛ چراکه این خودروها فاقد پیشرانه درون‌سوز و رادیاتور سنتی هستند. پس سؤال مهم اینجاست: خودروهای برقی چگونه خنک می‌شوند؟
با توجه به رشد سریع صنعت خودروهای الکتریکی و اهمیت کاهش آلاینده‌ها، موضوع مدیریت حرارت به یکی از بخش‌های کلیدی طراحی خودروهای آینده تبدیل شده است. هرچند حذف موتور احتراق داخلی مشکلاتی مثل آلودگی و صدا را کاهش داده، اما اجزای حیاتی خودروهای برقی همچون بسته‌های باتری لیتیوم-یون، موتورهای الکتریکی، اینورترها و شارژرهای سریع گرمای زیادی تولید می‌کنند. کنترل این گرما برای افزایش ایمنی، راندمان و طول عمر قطعات کاملاً ضروری است.
تا انتها با مجله کی ام سی همراه باشید.
چرا مدیریت حرارتی در خودروهای برقی مهم است؟
وقتی از خودروهای برقی صحبت می‌کنیم، شاید تصور کنید نبود موتور بنزینی یعنی تولید گرمای کمتر. اما واقعیت چیز دیگری است. موتورهای الکتریکی، باتری‌های پرظرفیت و حتی شارژرهای سریع در زمان فعالیت دمای بالایی ایجاد می‌کنند. اگر این حرارت به‌طور مؤثر دفع نشود، نه‌تنها کارایی سیستم کاهش می‌یابد بلکه ایمنی سرنشینان هم به خطر می‌افتد. اینجاست که سیستم مدیریت حرارتی (TMS) وارد عمل میشود؛ سیستمی هوشمند که دما را کنترل و پایداری عملکرد خودرو را تضمین می‌کند.
آشنایی با اجزای اصلی نیازمند خنک کاری در خودروهای برقی
خودروهای برقی برای دفع حرارت از رادیاتور سنتی استفاده نمی‌کنند. به‌جای آن، سیستم‌های مدیریت حرارتی مخصوص دارند که اجزای اصلی مثل باتری، موتور و اینورتر را خنک می‌کند. این کار معمولاً با خنک‌کاری مایع (رایج‌ترین روش)، خنک‌کاری با هوا، یا فناوری‌های پیشرفته‌تر مثل خنک‌کاری دوفازی و Immersion Cooling انجام میشود تا ایمنی، راندمان و طول عمر خودرو تضمین شود. اما اجزای اصلی نیازمند خنک کاری در خودروهای برقی کدامند؟
1. باتری
باتری لیتیوم-یون در حین شارژ و دشارژ دائماً حرارت تولید می‌کند. افزایش بیش از حد دما می‌تواند منجر به کاهش راندمان یا حتی بروز پدیده خطرناک «حرارت‌گریزی» شود. به همین دلیل محدوده دمای مناسب باتری معمولاً بین ۲۰ تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد تعریف میشود.
2. موتور الکتریکی
تلفات سیم‌پیچ‌ها، جریان‌های گردابی و اصطکاک یاتاقان‌ها باعث گرم شدن موتور می‌شوند. دمای بالاتر از حد مجاز می‌تواند به سیم‌پیچ‌ها آسیب بزند. بنابراین وجود یک سیستم خنک‌کاری مطمئن برای پایداری موتور الزامی است.
مطالعه بیشتر: گران‌ترین خودروهای برقی 2025
3. اینورتر و مبدل‌های قدرت
این بخش‌ها جریان مستقیم باتری را به جریان متناوب برای موتور تبدیل می‌کنند. سوئیچینگ سریع نیمه‌هادی‌ها حرارت زیادی ایجاد کرده و در صورت نبود خنک‌کاری ممکن است دما به بالای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد.
4. شارژر سریع
شارژرهای پرقدرت هنگام انتقال انرژی بالا به باتری، گرمای زیادی تولید می‌کنند. اگر سیستم خنک‌کاری کارآمد نباشد، عملکرد شارژ مختل شده و حتی آسیب سخت‌افزاری رخ می‌دهد.
روش‌های خنک کاری در خودروهای برقی
به صورت کلی؛ 4 روش اصلی خنک کاری خودروهای برقی عبارتند از:
۱. خنک کاری با هوا
ساده‌ترین روش، استفاده از جریان هوا است. در این سیستم، هوا گرما را از اطراف باتری یا موتور دفع می‌کند. هرچند ارزان و سبک است، اما کارایی آن در شرایط سخت پایین بوده و بیشتر در خودروهای اولیه مثل نسل اول نیسان لیف دیده می‌شد.
۲. خنک کاری با مایع
امروزه رایج‌ترین روش، استفاده از مایعی مانند ترکیب آب و اتیلن گلایکول است. این مایع گرما را از اجزای حیاتی جذب کرده و به رادیاتور منتقل می‌کند. مزیت آن انتقال حرارت بسیار بالاتر نسبت به هواست. برای مثال، تسلا مدل S و پورشه تایکان از سیستم‌های پیشرفته مایع‌خنک بهره می‌برند. البته این روش هزینه و وزن بیشتری به خودرو اضافه می‌کند.
۳. خنک کاری با مواد تغییر فاز (PCM)
در این فناوری از موادی استفاده میشود که با تغییر فاز خود (جامد به مایع) گرمای زیادی را ذخیره می‌کنند. این روش بیشتر در شرایطی به‌کار می‌رود که نیاز به مدیریت حرارت لحظه‌ای مثل شارژ فوق‌سریع وجود دارد.
۴. خنک کاری مستقیم با مایع دی‌الکتریک (Immersion Cooling)
پیشرفته‌ترین روش فعلی، غوطه‌ور کردن اجزا در مایعات دی‌الکتریک است. این مایعات نارسانا بوده و حرارت را به‌طور مستقیم و یکنواخت جذب می‌کنند. گرچه بسیار مؤثر است، اما هزینه بالا و نیاز به طراحی خاص مانع استفاده گسترده آن شده است.
آینده خنک کاری در خودروهای برقی چگونه پیش بینی میشود؟
با افزایش ظرفیت باتری‌ها و توان موتورهای برقی، نیاز به خنک‌کاری پیشرفته‌تر روزبه‌روز بیشتر میشود. فناوری‌هایی مثل خنک‌کاری دوفازی که در آن سیال با تغییر فاز حرارت زیادی جذب می‌کند، یا استفاده از نانوسیالات برای بهبود انتقال حرارت، در حال توسعه هستند. علاوه‌براین، سیستم‌های مدیریت حرارتی هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی می‌توانند با تحلیل شرایط رانندگی و دما، بهترین استراتژی خنک‌کاری را در لحظه اجرا کنند.
از سوی دیگر، طراحی‌های نوینی مثل مسیرهای حرارتی سه‌بعدی در بسته‌های باتری به‌وجود آمده‌اند که گرما را یکنواخت پخش کرده و نقاط داغ را از بین می‌برند. این نوآوری‌ها می‌توانند نقش مهمی در افزایش ایمنی و برد خودروهای برقی ایفا کنند.
مطالعه بیشتر: آینده حمل و نقل چگونه خواهد بود و خودروهای برقی در آن چه نقشی دارند؟
جمع بندی
فرایند خنک‌کاری در خودروهای برقی نه‌تنها یک نیاز فنی بلکه یک عامل حیاتی برای ایمنی، بهره‌وری و دوام خودرو است. باتری‌ها، موتورهای الکتریکی، اینورترها و شارژرها همگی به سیستم‌های دقیق مدیریت حرارت وابسته‌اند. روش‌های خنک‌کاری متنوعی از هوا و مایع گرفته تا فناوری‌های پیشرفته Immersion Cooling وجود دارد که هرکدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. با ورود فناوری‌های دوفازی، نانوسیالات و سیستم‌های هوشمند، آینده خودروهای برقی روشن‌تر خواهد بود. در نهایت می‌توان گفت خنک‌کاری هوشمند کلید دستیابی به خودروهایی با برد بیشتر، شارژ سریع‌تر و ایمنی بالاتر است.
