رادیاتورِبی‌صدا؛نبردپنهان باحرارت درقلب خودروهای برقی

"به گزارش تابناک"؛وقتی صحبت از خودروهای برقی می‌شود، اغلب ذهن‌ها به سمت باتری‌های عظیم، موتورهای الکتریکی ساکت و شتاب‌های لحظه‌ای می‌رود. تصویری مدرن، تمیز و آینده‌نگر. اما پشت این آرامش ظاهری، واقعیتی فنی پنهان است که اگر مهار نشود، تمام این آینده را زمین‌گیر می‌کند: حرارت.

بر خلاف تصور عمومی، خودروی برقی نه‌تنها از گرما مصون نیست، بلکه در بسیاری از شرایط نسبت به خودروهای بنزینی حساس‌تر هم هست. در موتور احتراقی، گرما محصول مستقیم انفجار سوخت است و سیستم خنک‌کاری وظیفه دارد این حرارت را کنترل کند. اما در خودروی برقی، گرما از منابع متعددی تولید می‌شود: باتری، موتور الکتریکی، اینورتر، شارژر داخلی و حتی کابل‌های انتقال توان. این یعنی به‌جای یک کانون اصلی حرارت، با چندین منبع پراکنده روبه‌رو هستیم که هرکدام نیازمند مدیریت دقیق دما هستند.

اگر در خودروی بنزینی، رادیاتور نگهبان موتور است، در خودروی برقی این نقش میان چند سامانه تقسیم شده. اینجا دیگر فقط بحث خنک کردن یک بلوک فلزی نیست؛ صحبت از محافظت از سلول‌های لیتیومی، مدارهای قدرت و قطعات الکترونیکی فوق‌حساس است. کوچک‌ترین خطا در این تعادل حرارتی، می‌تواند به افت برد، کاهش توان، تخریب باتری یا حتی آتش‌سوزی منجر شود.

قلب سیستم خنک‌کاری خودروهای برقی، باتری است. باتری‌های لیتیوم-یون بهترین عملکرد خود را در بازه دمایی نسبتاً محدود، معمولاً بین حدود ۲۰ تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد ارائه می‌دهند. پایین‌تر از این محدوده، مقاومت داخلی بالا می‌رود و توان تحویلی کاهش پیدا می‌کند. بالاتر از آن، فرسایش شیمیایی شتاب می‌گیرد و عمر باتری به‌سرعت افت می‌کند. بنابراین تمام معماری حرارتی خودرو حول یک هدف می‌چرخد: نگه داشتن باتری در منطقه طلایی دما.

برای رسیدن به این هدف، خودروسازان از سه رویکرد اصلی استفاده می‌کنند: خنک‌کاری با هوا، خنک‌کاری با مایع و سامانه‌های ترکیبی.

در ساده‌ترین شکل، برخی خودروهای اقتصادی یا نسل‌های اولیه خودروهای برقی، از خنک‌کاری هوا استفاده می‌کنند. در این روش، فن‌ها هوای محیط را از اطراف پک باتری عبور می‌دهند. مزیت این سیستم سادگی و هزینه پایین است، اما نقطه ضعف بزرگش وابستگی شدید به دمای محیط است. در تابستان‌های گرم یا هنگام شارژ سریع، این روش به‌سرعت به سقف توان خود می‌رسد و دیگر قادر به مهار حرارت نیست.

به همین دلیل، تقریباً تمام خودروهای برقی مدرن به سمت خنک‌کاری مایع حرکت کرده‌اند. در این معماری، کانال‌هایی درون پک باتری تعبیه می‌شود که مایع خنک‌کننده از میان آن‌ها عبور می‌کند. این مایع گرما را از سلول‌ها می‌گیرد و به یک مبدل حرارتی منتقل می‌کند؛ همان جایی که مفهوم رادیاتور دوباره وارد صحنه می‌شود.

رادیاتور خودروهای برقی شاید از بیرون شبیه نمونه‌های سنتی باشد، اما وظیفه‌اش گسترده‌تر است. این رادیاتور نه فقط باتری، بلکه اینورتر، موتور الکتریکی و گاهی حتی شارژر داخلی را هم خنک می‌کند. در بسیاری از طراحی‌ها، چند مدار خنک‌کاری مستقل وجود دارد که هرکدام دمای بخش خاصی را مدیریت می‌کنند. برای مثال، باتری در یک مدار جداگانه با دمای دقیق کنترل می‌شود، در حالی که موتور و اینورتر می‌توانند دمای بالاتری را تحمل کنند.

پمپ‌های برقی جای پمپ‌های مکانیکی قدیمی را گرفته‌اند. این پمپ‌ها تحت فرمان واحد کنترل مرکزی کار می‌کنند و دبی جریان را بسته به شرایط رانندگی، سرعت شارژ و دمای اجزا تنظیم می‌کنند. دیگر خبری از گردش ثابت مایع نیست؛ همه‌چیز هوشمند شده است.

ترموستات در خودروهای برقی هم وجود دارد، اما نقش آن پیچیده‌تر شده. این قطعه فقط یک سوپاپ ساده نیست، بلکه بخشی از یک شبکه کنترلی است که تصمیم می‌گیرد مایع خنک‌کننده به کدام مدار برود، چه زمانی وارد رادیاتور شود و چه زمانی در یک حلقه بسته باقی بماند تا باتری سریع‌تر گرم شود. بله، گرم شدن هم به اندازه خنک شدن اهمیت دارد؛ به‌ویژه در زمستان.

در هوای سرد، باتری‌های لیتیومی عملکرد ضعیف‌تری دارند. به همین دلیل خودروهای برقی مجهز به گرم‌کن باتری هستند. این سامانه با استفاده از المنت‌های برقی یا بازیابی گرمای قطعات دیگر، دمای باتری را بالا می‌برد تا به محدوده کاری برسد. در واقع سیستم خنک‌کاری خودرو برقی، یک سامانه مدیریت حرارتی دوطرفه است؛ هم خنک می‌کند، هم گرم.

یکی از تفاوت‌های کلیدی خودروهای برقی با نمونه‌های بنزینی، پیوند مستقیم سیستم خنک‌کاری با مدیریت انرژی است. وقتی باتری بیش از حد گرم شود، خودرو به‌طور خودکار توان خروجی را محدود می‌کند. شتاب کاهش می‌یابد، سرعت شارژ پایین می‌آید و در موارد شدید، سیستم به حالت محافظتی می‌رود. این همان چیزی است که برخی رانندگان به‌عنوان «کم آوردن خودرو در گرما» تجربه می‌کنند.

شارژ سریع، بزرگ‌ترین چالش حرارتی خودروهای برقی است. هنگام شارژ با توان بالا، جریان عظیمی وارد باتری می‌شود و این یعنی تولید حرارت شدید. بدون یک سیستم خنک‌کاری کارآمد، شارژ سریع عملاً غیرممکن است. به همین دلیل خودروهایی که معماری حرارتی ضعیفی دارند، حتی اگر روی کاغذ از شارژ سریع پشتیبانی کنند، در عمل پس از چند دقیقه توان شارژشان افت می‌کند.

در نسل‌های جدیدتر، حتی از سیستم‌های خنک‌کاری مستقیم سلول استفاده می‌شود؛ یعنی مایع خنک‌کننده با سطح سلول باتری تماس نزدیک‌تری دارد. برخی سازندگان پا را فراتر گذاشته‌اند و از صفحات سردکننده یکپارچه یا حتی خنک‌کاری غوطه‌وری استفاده می‌کنند، جایی که سلول‌ها در مایع دی‌الکتریک مخصوص غوطه‌ور می‌شوند. این فناوری‌ها هنوز عمومی نشده‌اند، اما جهت حرکت صنعت را نشان می‌دهند.

رادیاتور در خودروی برقی دیگر یک قطعه مستقل نیست؛ بخشی از یک اکوسیستم حرارتی پیچیده است که با نرم‌افزار کنترل می‌شود. واحد مدیریت حرارتی، داده‌های چندین سنسور دما را به‌صورت لحظه‌ای تحلیل می‌کند و تصمیم می‌گیرد کدام پمپ فعال شود، کدام شیر باز بماند و فن‌ها با چه دوری بچرخند. این سطح از هماهنگی، بدون الکترونیک پیشرفته ممکن نیست.

از منظر نگهداری، سیستم خنک‌کاری خودروهای برقی اگرچه قطعات متحرک کمتری دارد، اما حساس‌تر است. مایع خنک‌کننده باید خواص الکتریکی خاصی داشته باشد تا در صورت نشتی، اتصال کوتاه ایجاد نکند. تعویض این مایع طبق دستور سازنده اهمیت بالایی دارد. ورود هوا به مدار، افت فشار یا آلودگی مایع می‌تواند مستقیماً روی عمر باتری اثر بگذارد؛ قطعه‌ای که گران‌ترین بخش خودرو است.

در شرایط بازار ایران، که زیرساخت خدمات خودروهای برقی هنوز شکل نگرفته و بسیاری از تعمیرکاران تجربه عملی با این سامانه‌ها ندارند، این موضوع اهمیت مضاعف پیدا می‌کند. یک خطای ساده در سرویس سیستم خنک‌کاری می‌تواند به آسیب جدی باتری منجر شود؛ آسیبی که هزینه آن گاهی با قیمت یک خودرو بنزینی برابری می‌کند.

واقعیت این است که آینده خودرو، بدون مدیریت حرارتی دقیق ممکن نیست. هرچه باتری‌ها پرظرفیت‌تر و شارژها سریع‌تر می‌شوند، نقش رادیاتور و سیستم خنک‌کاری پررنگ‌تر می‌شود. شاید در ظاهر، خودروهای برقی ساده‌تر به نظر برسند، اما زیر پوست آن‌ها شبکه‌ای پیچیده از لوله‌ها، پمپ‌ها و الگوریتم‌ها جریان دارد که بی‌وقفه در حال جنگ با گرماست.

رادیاتور در این نسل جدید خودروها، دیگر فقط یک قطعه فلزی با چند پره نیست. اینجا رادیاتور بخشی از مغز خودرو است؛ عنصری حیاتی که تعیین می‌کند باتری چه‌قدر عمر کند، خودرو چه‌قدر توان بدهد و راننده تا چه اندازه بتواند به ماشینش اعتماد کند. اگر در خودروهای بنزینی، جوش آوردن موتور پایان یک سفر بود، در خودروهای برقی، مدیریت نادرست حرارت می‌تواند پایان یک باتری باشد.