أصبحت المعدات الآن ضرورية تقريبًا للسيارة الكهربائية، حيث تتمتع المضخة الحرارية بمزايا حقيقية في الاستخدام، خاصة في فصل الشتاء. ولكن كيف يعمل ولماذا يعتبر امتلاك سيارة مجهزة به فكرة جيدة؟ أسئلة سنجيب عليها في هذا المقال.
القليل من الحاضر، أو حتى لا على الإطلاق في الأولالسيارات الكهربائيةتسويقها,أصبحت المضخة الحرارية اليوم تقنية أساسيةلأولئك الذين يستخدمون سيارتهم الكهربائية يوميًا ولجميع أنواع الرحلات.
حتى لو كانت بعض الشركات المصنعة لا تزال تقدم هذا النظام كخيار اليوم (متوسط ما يزيد قليلاً عن 1000 يورو اعتمادًا على العلامة التجارية)، فإن المضخة الحرارية للسيارة الكهربائية تتمتع بالعديد من المزايا التي تبرر هذا الاستثمار الإضافي، على الأقل عندما لا يتم استخدامها متاح كمعيار.
ما هي المضخة الحرارية؟
إذا كان منزلك مزودًا بمضخة حرارية، فإن الجهاز الموجود في السيارة الكهربائية هو نفسه تقريبًا. على الأقل بالنسبة لطريقة عملها.يتيح الجهاز عمومًا نقل الطاقة الحرارية من مصدر بارد إلى مصدر ساخن.
بمعنى آخر، تعمل المضخة الحرارية كتدفئة من أجل زيادة درجة حرارة البيئة المقصودة. من الناحية الفنية،تقوم المضخة بضغط الهواء البارد تحت ضغط عالٍ لإنتاج الحرارة، ويستخدم السعرات الحرارية التي يحتويها الهواء الخارجي البارد في الشتاء لتوليد الحرارة في الداخل. ومن الممكن أيضًا القيام بالعكس، أي تكييف هواء مقصورة الركاب باستخدام السعرات الحرارية الموجودة في الهواء الخارجي الساخن.
يعتمد مبدأ تكييف الهواء والمضخات الحرارية على استغلال التغيرات في درجات الحرارة المرتبطة بضغط الغاز أو تمدده. وهو مبدأ فيزيائي لقانون حفظ الطاقة والذي ينص على أنه عند ضغط الغاز فإنه يسخن وعندما يتمدد فإنه يبرد.
لماذا استخدام المضخة الحرارية؟
على سيارة كهربائية،تشغيل المحرك لا ينتج حرارة كافية مقارنة بالمحرك الحراريلسبب بسيط وهو أن المحرك الكهربائي أبسط بكثير في تصميمه، حيث يحتوي على عدد أقل من الأجزاء المتحركة بشكل ملحوظ، واحتكاك أقل، وبالتالي إنتاج حرارة أقل. الأمر نفسه ينطبق على عملية احتراق الوقود التي تولد الحرارة أيضًا.
في السيارة الكهربائية، توجد دائمًا دائرة تكييف الهواء، كما هو الحال في النموذج الحراري، ولكن لا يوجد محرك حراري لتسخين الماء وبالتالي الهواء. ولذلك فإن لدى المهندسين احتمالين تقنيين: المقاومة الكهربائية أو المضخة الحرارية. السخانات الكهربائية، كان هناك عدد قليل من النماذج التي تم تجهيزها بها، خاصة في الأجيال الأولى منهاتسلاولكنها كانت تستهلك الكثير من الطاقة وسرعان ما تم استبدالها بالمضخات الحرارية.
ما هي مزايا المضخة الحرارية؟
قبل كل شيء، تتيح المضخة الحرارية إمكانية تسخين مقصورة الركاب في السيارة الكهربائية بكفاءة. في الواقع، تسمح المضخة الحرارية بذلكلتقليل استهلاك طاقة التدفئة بمقدار 3 إلى 4 مرات مقارنة بالمقاومات التقليدية. وهكذا يجد هذا النظام مكانه داخل السيارة الكهربائية حيثاستقلاليعد عاملاً مهمًا حيث من الواضح أن تدفئة مقصورة الركاب يمكن أن تؤثر عليه.
تعتبر المضخة الحرارية ضرورية تقريبًا اليوم، على وجه الخصوصفي البلدان الباردة حيث يمكن أن يصبح استهلاك الطاقة للمقاومات مرتفعًا جدًا في الشتاء. عند ضبطها على 20 درجة في الطقس البارد، تستهلك المضخة الحرارية في المتوسط أقل من 500 واط بينما يستهلك نظام التدفئة التقليدي ما يقرب من 4 إلى 6 مرات أكثر، أو 2000 إلى 3000 واط.
بمعنى آخر، إذا كنت عالقًا في ازدحام مروري بسيارتك الكهربائية وبطارية كاملة بقدرة 50 كيلووات في الساعة، فستتمكن من الاستمرار لمدة 100 ساعة باستخدام مضخة حرارية أو 25 ساعة بدون هذا الخيار.
ميزة أخرى، تقنية هذه المرة، هي الاندماج بين دائرة تكييف الهواء والمضخة الحرارية. وبفضل هذا أيضًا، لم تدم المقاومات لفترة طويلة، حتى لو كان هناك في الواقع عدد قليل من المقاومات الإضافية لتسريع عملية التسخين، حيث تحتاج دائرة المضخة الحرارية إلى بعض الوقت للنهوض والتشغيل.
وبالتالي يمكن للدائرة أن تولد البرودة والحرارة، وهي مناسبة تمامًا لسيارة كهربائية ذات إدارة حرارية معقدة. من الضروري بالفعل تنظيم درجة حرارة البطارية والمحرك الكهربائي ومقصورة الركاب، وبالتالي تسخين أشياء معينة وتبريد أشياء أخرى، وما الذي يمكن أن يكون أفضل من نظام 2 في 1؟
ولا، لم ننس ذلك، لكن إدارة درجة الحرارة هذه تسمح لنا بتحسين الاستقلالية بشكل أو بآخر. في الواقع، البطارية الباردة جدًا تعطي تيارًا أقل، بينما لا يمكن إعادة شحنها بسرعة وفي أفضل الظروف. وهذه أيضًا هي الطريقة التي تختلف بها المضخة الحرارية عن نظام التكييف المسبق.
كيف تختلف المضخة الحرارية عن نظام التكييف المسبق؟
في كثير من الأحيان، يمكننا أن نقرأ أن نظام التهيئة المسبقة للبطارية مرتبط بالمضخة الحرارية. ولكن هذا ليس صحيحا دائما. لماذا ؟ لأن العديد من الموديلات الكهربائية غير المجهزة بمضخة حرارية بها نظام تهيئة مسبقة.
تتكون الشروط المسبقة تقريبًالتدفئة البطارية حتى تصل إلى درجة حرارة التشغيل المناسبة. يمكن أن تتطلب هذه الوظيفة ما بين 15 إلى 20 دقيقة للنماذج الكهربائية الأولى، ونصف الوقت بالنسبة لأحدث الموديلات.
إذا لم تكن البطارية ساخنة بدرجة كافية، فقد يواجه السائق حالات تقييدية مختلفة: انخفاض قوة الكبح المتجددة، أو انخفاض طاقة المحرك، أو وقت إعادة شحن أطول على أجهزة الشحن السريعة. هذا هو السببقامت كيا للتو بتحديث سيارتها EV6.
دعونا نحدد ذلكهذه الوظيفة مخصصة بشكل أساسي للسيارات الكهربائية المجهزة بنظام تنظيم درجة حرارة السائل. عن طريق تسخين سائل تبريد البطارية، تسخن البطارية أيضًا.
والمثال المضاد هو تسلا: لا تسخن البطارية فقط بفضل السائل المحيط بالخلايا، ولكن بفضل المحركات التي "تدور" في الفراغ. ويتطلب الأخير طاقة من البطارية، يتم إنفاقها "دون داع"، مما يسمح للخلايا بالتسخين عن طريق التنشيط، بالإضافة إلى تسخين المبرد، الذي يؤدي أيضًا إلى تسخين البطارية.
التهيئة المسبقة للبطارية أو مقصورة الركاب؟
من الممكن أيضًا تهيئة مقصورة الركاب في السيارة دائمًا عبرتطبيق منشئعلى سبيل المثال. من الأفضل القيام بهذه العملية عندما تكون السيارة موصولة بالكهرباء لتجنب استخدام البطارية: نظرًا لأن مقصورة الركاب ستكون ساخنة بالفعل عند ركوبك السيارة، فلن تحتاج البطارية إلا إلى الحفاظ على درجة الحرارة. وبالتالي سيكون استخدامها أقل وسيسمح لك ذلك بالحفاظ على القليل من الكيلووات ساعة الثمينة أثناء الرحلة.
من خلال التهيئة المسبقة لمقصورة الركاب، سيتم اختبار البطارية، وبالتالي سيتم تسخينها أيضًا. ولكن هذه ميزة مختلفة عن التهيئة المسبقة للبطارية للشحن السريع.
في شركة Tesla، على سبيل المثال، يتم تهيئة البطارية تلقائيًا عند إدخال شاحن سريع في وجهتك في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يتم بعد ذلك تسخين البطارية بفضل المحرك الذي يعمل في الفراغ، وذلك للحصول على درجة حرارة مثالية لتتمكن من قبول أسرع شحن ممكن. وإلا فإن قوة الشحن ستكون أقل.
لا يزال في Tesla، التهيئة المسبقة لمقصورة الركاب في الموديلات الجديدة المجهزة بمضخة حرارية (مضخة حرارية)، تستخدم الحرارة من البطارية لتدفئة مقصورة الركاب.
نظام لا يزال يتطور؟
كما أوضح إيلون ماسك عدة مراتولكن أيضافي الآونة الأخيرة رئيس رينو، يضعلن تسمح لنا البطاريات الكبيرة في السيارات الكهربائية دائمًا بالمضي قدمًاوذلك لسبب بسيط وهو أن وزن البطارية سيؤثر أيضًا على استهلاك الكيلووات في الساعة.
وبالتالي فإن تحسين البطارية يعد أيضًا عنصرًا أساسيًا، ويتطلع المصنعون بشكل متزايد إلى التقنيات التي تجعل من الممكن استغلال كل الطاقة المخزنة. تعتبر المضخة الحرارية مثالاً ممتازًا، ولا تزال هذه التقنية في طور التطور.
رينوعلى سبيل المثال، حصلت مؤخرًا على براءة اختراع لنظام مضخة حرارية جديد لهاميجان للتكنولوجيا الإلكترونية. بطاريته تكون دائمًا في درجة الحرارة المثالية،لأنه يمكن تنظيم ذلك عن طريق دوران الماء الساخن من المحرك الكهربائي في الطقس البارد وخفضه عن طريق دوران الماء البارد من المبرد في الطقس الحار.
والأفضل من ذلك، أن مهندسي شركة الماس قاموا بتحسين هذا النظام عندما يكون من الضروري تدفئة مقصورة الركاب عندما تكون درجات الحرارة غير مناسبة لتخزين الطاقة وصيانة الشحن. ووفقا لهم، فإن المضخات الحرارية التقليدية ليست فعالة بما يكفي للرحلات الطويلة على الطرق السريعة. تعمل المضخة الحرارية التي طورتها رينو على استعادة الحرارة الناتجة عن البطارية والمحرك بشكل أكثر كفاءة لضمان الراحة الحرارية في مقصورة الركاب مع الحد من التأثير على النطاق قدر الإمكان.
وفقًا لرينو، عند درجة حرارة أقل من 10 درجات مئوية في الخارج، يوفر نظام استعادة الحرارة الناتج عن البطارية والمحرك الكهربائي العديد من المزايا، بما في ذلك الكفاءة، حيث يتطلب هذا النظام نصف الطاقة التي يتطلبها المضخة الحرارية الكلاسيكية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تصل زيادة الاستقلالية على الطريق السريع إلى 9% وفقًا للشركة المصنعة.
للذهاب أبعد من ذلك
السيارة الكهربائية في الشتاء: ماذا تفعل للحد من تأثيرها في الطقس البارد؟
