استفاده از خودروهای برقی (EV) با سرعت قابل توجهی رو به گسترش است و هر چه به سال ۲۰۳۰ میلادی نزدیکتر میشویم، این روند شتاب بیشتری میگیرد. سال ۲۰۳۰ همان موعدی است که دولتهای اروپایی برای خود تعیین کردهاند تا تمام رانندگان به سهم خود در بهبود کیفیت هوا و کاهش تغییرات اقلیمی نقش داشته باشند. با وجود تمام پیشرفتهایی که خودروسازان در زمینه افزایش برد خودروهای برقی با استفاده از باتریهای بزرگتر و فناوریهای نوین انجام دادهاند، نگرانیها درباره میزان پیمایش واقعی این خودروها همچنان باقی است. دلیل اصلی این موضوع آن است که عملکرد باتری خودروهای برقی بهشدت تحت تاثیر سرما قرار میگیرد؛ و در کشوری مثل بریتانیا و حتی مناطق کوهستانی ایران که آبوهوای سرد و غیرقابلپیشبینیاش زبانزد است، این مسئله بهخوبی لمس میشود.
همزمان با سرعت گرفتن «گذار بزرگ به خودروهای برقی» در دهه ۲۰۲۰، شاید بتوان گفت معلمان علوم در مدارس، حالا احساس رضایت و نوعی تحقق دستاورد میکنند؛ چراکه دانش و مفاهیمی که سالها آموزش دادهاند، امروز در قالب خودروهای برقی به واقعیت بدل شده است. درک نحوه تاثیر دما بر باتریهای خودروهای برقی در اصل به شیمی مربوط میشود؛ جایی که واکنشهای شیمیایی نقشی اساسی ایفا میکنند.
آیا باتری خودروهای برقی مشابه سایر باتریها هستند؟
پاسخ هم مثبت است و هم منفی. البته استفاده از وسایل باتریخور چیز تازهای نیست. سالهاست که باتریها در لوازمی مانند کنترل تلویزیون یا تلفنهای همراه بهکار میروند. اما ماهیت خودرو و نیاز به جابهجایی مداوم از نقطهای به نقطه دیگر، مجموعهای از چالشها و دغدغههایی را به همراه دارد که در وسایل کوچکی مانند کنترل از راه دور مطرح نیست.
برای نمونه، باتریهای ۱۲ ولتی که در خودروهای مجهز به موتور درونسوز (ICE) وظیفه ایجاد جرقه اولیه برای روشن شدن موتور را بر عهده دارند، همواره در هوای بسیار سرد دچار مشکل میشوند. بنابراین این موضوع که سرما برای باتری خودرو دردسرساز است، مسئله تازهای نیست.
پس تفاوت باتری خودروهای برقی کجاست؟
از نظر حساسیت به دما، باتریهای خودروهای برقی تفاوت چشمگیری با سایر باتریها ندارند. اساس کار همه آنها به نحوه حرکت الکترونها بازمیگردد. همان اصل قدیمی را به یاد بیاورید: «انرژی نه خلق میشود و نه از بین میرود.» در سطح مولکولی، ما با عناصری سروکار داریم که با یکدیگر واکنش نشان میدهند و انرژی شیمیایی را به انرژی جنبشی تبدیل میکنند. این فرایند در نهایت الکترونها را تحریک کرده و به حرکت درمیآورد.
کمی سادهتر بگوییم…
وقتی دما بالا باشد، اتمها سریعتر حرکت میکنند. این موضوع را از روی حبابهایی که هنگام جوش آمدن آب در کتری میبینید بهخوبی میتوان درک کرد. همچنین همین موضوع دلیل آن است که در یک صبح سرد زمستانی تمایلی به دویدن ندارید؛ اما وقتی کمی گرم میشوید، بدن آماده فعالیت میشود و کارایی بهتری پیدا میکنید.
باتریها نیز دقیقا همین وضعیت را دارند. در دماهای پایین، واکنشهای شیمیایی درون باتری کند میشوند. درست مانند انسانی که در آغاز روز سرد به کندی حرکت میکند.
این وضعیت چه ارتباطی با کاهش برد خودرو دارد؟
در هوای سرد، واکنشهای شیمیایی در باتری با راندمان کمتری انجام میشوند. الکترونها حرکت کمتری دارند و در نتیجه انرژی و توان خروجی باتری کاهش پیدا میکند. از سوی دیگر، راننده برای جلوگیری از سرمازدگی خود و سرنشینان ناگزیر است بخاری خودرو را روشن کند. این کار نیز بخشی از انرژی ذخیره شده در باتری را مصرف میکند.
مجموع این شرایط میتواند باعث کاهش حدود ۲۰ درصدی برد خودروهای برقی شود. البته برخی خودروسازان با بهبود فناوری مدیریت حرارتی موفق شدهاند این میزان را به حدود ۱۰ درصد کاهش دهند. بهعنوان نمونه، اگر خودرویی با برد اسمی ۳۰۰ مایل عرضه شده باشد، در شرایط عادی ممکن است برد واقعی آن حدود ۲۷۵ مایل باشد. حالا اگر دمای هوا سرد باشد، همین میزان هم بین ۲۸ تا ۵۶ مایل دیگر کاهش پیدا میکند.
پس شارژ هم تحت تاثیر قرار میگیرد؟
دقیقا همینطور است. علاوه بر کاهش برد، سرعت شارژ باتریها نیز در هوای سرد کمتر میشود؛ چراکه همان واکنشهای شیمیایی که برای حرکت نیاز است، در زمان شارژ هم نقشی اساسی ایفا میکنند. به همین دلیل است که بخش مهمی از توسعه خودروهای برقی بر «مدیریت حرارتی» متمرکز شده است؛ یعنی تلاش برای یافتن و حفظ دمایی که در آن واکنشهای شیمیایی بیشترین بازده را دارند.
این وضعیت را میتوان با فعالیت انسان مقایسه کرد. وقتی بدن سرد باشد، مدتی طول میکشد تا به فعالیت بیفتد. اگر فعالیت طولانیمدت ادامه یابد، بدن داغ میشود و ناگزیر باید سرعت را کاهش داد. باتریها نیز مشابه همین رفتار را نشان میدهند. به همین دلیل خودروسازان همواره بهدنبال طراحی سامانههای خنککننده و گرمکننده برای باتریها هستند تا بتوانند دمای مناسب را حفظ کنند.
«پیششرطسازی» در خودروهای برقی چیست؟
اینجاست که مفهوم «پیششرطسازی» یا همان Pre-conditioning مطرح میشود. این اصطلاح در خودروهای برقی دو معنای متفاوت دارد:
- پیششرطسازی کابین: در این حالت، پیش از حرکت، کابین خودرو با استفاده از برق شهری گرم میشود. بدین ترتیب نیاز نیست از انرژی باتری برای گرم کردن فضای داخلی استفاده کنید.
- پیششرطسازی باتری: این روش بهمنظور جلوگیری از کاهش کارایی باتری و کاهش خطرات احتمالی هنگام شارژ در هوای سرد انجام میشود. در حقیقت، پیششرطسازی نوعی «گرمکردن اولیه» برای باتری است تا بتواند با بیشترین بازده و در ایمنی کامل شارژ شود. خودروسازان معمولا توصیه میکنند این کار با اتصال به برق شهری انجام گیرد؛ زیرا در غیر این صورت خودرو بخشی از انرژی باتری را صرف گرم کردن خود میکند که همین موضوع دوباره از برد خودرو میکاهد.
نکات تکمیلی برای رانندگی با خودروهای برقی در هوای سرد
هنگام رانندگی در زمستان نباید فراموش کنید که مصرف انرژی در این شرایط اهمیت بیشتری دارد. استفاده از گرمکن فرمان و صندلیها انرژی بسیار کمتری نسبت به روشن کردن کامل بخاری یا سیستم تهویه مصرف میکند. همچنین همراه داشتن دستکش و کلاه سادهترین و کمهزینهترین راهکار برای مقابله با سرماست.
این مقاله نشان میدهد که کاهش برد خودروهای برقی در هوای سرد یک پدیده طبیعی و ناشی از اصول پایه علم شیمی و فیزیک است. با این حال، پیشرفتهای فناورانه همچون مدیریت حرارتی پیشرفته و قابلیت پیششرطسازی کمک کردهاند تا اثرات این مشکل کاهش یابد.
جمعبندی
در نهایت میتوان گفت که کاهش برد خودروهای برقی در هوای سرد مسئلهای اجتنابناپذیر است که ریشه در واکنشهای شیمیایی درون باتری دارد. کند شدن حرکت الکترونها، افزایش مصرف انرژی برای گرمکردن کابین و کاهش سرعت شارژ همگی دست به دست هم میدهند تا رانندگان در زمستان شاهد پیمایش کمتر باشند. با این حال، فناوریهای نوین مانند مدیریت حرارتی پیشرفته و قابلیت پیششرطسازی باتری، تا حد زیادی توانستهاند این مشکل را کنترل کنند و تجربه کاربری را بهبود ببخشند.
به نظر شما، آیا این محدودیت طبیعی میتواند مانعی جدی برای گسترش خودروهای برقی در ایران و جهان باشد یا با پیشرفت فناوری و عادت کردن کاربران، مشکل بزرگی محسوب نخواهد شد؟ دیدگاههای خود را در بخش نظرات با ما در میان بگذارید.
مطالب مرتبط:
