كيف تساعد المضخة الحرارية القوية (لكنها لا تحل) مشكلة الطقس البارد في المركبات الكهربائية

ربما سمعت: في العديد من الأماكن، يكون الجو باردًا جدًا. ضربت موجات التجمد العميق مناطق واسعة من الولايات المتحدة هذا الأسبوع؛ اجتاحت الثلوج والأمطار المتجمدة شمال أوروبا. وهذا كله ليس مثاليا بالنسبة للسيارات الكهربائية، التي لم تحب البرد تاريخيا. تصدرت عدد قليل من محطات Chicago Tesla Supercharger عناوين الأخبار هذا الأسبوع بعد نفاد بطارية بعض المركبات الكهربائية المتأثرة بدرجات الحرارة بالكامل وكان لا بد من قطرها.

تواجه السيارات الكهربائية صعوبة في الطقس البارد لسببين. إحداهما كيميائية: تعتمد بطاريات الليثيوم أيون، من النوع الذي تستخدم فيه السيارات الكهربائية (والهواتف)، على أيونات الليثيوم التي تنتقل من موصلاتها سالبة الشحنة (الكاثودات) إلى الموصلات المشحونة إيجابيا (الأنودات). فالبرودة تجعل الأيونات تتحرك ببطء أكبر نحو القطب الموجب، مما يعني أنه من الصعب شحن بطارية باردة مقارنة ببطارية دافئة. والسبب الآخر أكثر عملية: فالطقس البارد يعني أن ركاب السيارة أكثر عرضة لتشغيل التدفئة، كما أن السخانات المستخدمة لتدفئة السيارة تستمد الطاقة من البطارية الكهربائية. وهذا يقلل من النطاق، بشكل ملحوظ في بعض الأحيان. الاختبارات بواسطة AAA، تقارير المستهلكين، وشركة بيانات بطاريات السيارات الكهربائية Recurrent، وجدت أن درجات الحرارة المتجمدة تقلل من نطاقات المركبات بنسبة تتراوح بين 16 و46 بالمائة. (يؤدي الطقس شديد البرودة أيضًا إلى تقليل المسافة التي تقطعها المركبات التي تعمل بالبنزين بنسبة تتراوح بين 15 و24 بالمائة).

ولكن في السنوات القليلة الماضية، شقت التكنولوجيا الرائدة في مجال تغير المناخ طريقها إلى السيارات الكهربائية، وهي التكنولوجيا التي حسنت – ولكنها لم تحل – مشكلات الطقس البارد: المضخات الحرارية. تقوم المضخات الحرارية بنقل الحرارة من خارج السيارة للمساعدة في الحفاظ على دفء الركاب، وبالتالي تجنب امتصاص الكثير من الطاقة بعيدًا عن البطارية. ونعم، لا يزال بإمكان المضخات الحرارية جلب الهواء الدافئ إلى السيارة حتى لو كان الجو متجمدًا في الخارج، وإن كان ذلك بنجاح متفاوت. على الرغم من أن الأمر قد يبدو غير بديهي، إلا أنه لا تزال هناك كمية جيدة من الحرارة التي يمكن استخلاصها من الهواء، تبلغ درجة حرارتها 10 درجات فهرنهايت على سبيل المثال.

واليوم، تُستخدم المضخات الحرارية في العديد من السيارات الكهربائية الجديدة، ولكن ليس كلها. تأتي Teslas مزودة بتقنية المضخات الحرارية الخاصة منذ عام 2021. وتحتوي سيارة I-Pace من جاكوار على واحدة مدمجة، كما هو الحال مع أحدث سيارات BMW i-series، وHyundai’s Ioniq 5، وأحدث e-Tron من Audi، والسيارة المكهربة الجديدة الرائدة من Kia، EV9.

يقول جون كيلي، أستاذ تكنولوجيا السيارات والمدرس الذي يركز على تكنولوجيا السيارات الهجينة والكهربائية في جامعة ويبر ستيت: “إن أي سيارة كهربائية تخرج الآن ولا تحتوي على مضخة حرارية هي ديناصور بالفعل”.

تعتبر المضخات الحرارية فائقة الكفاءة لأنها تنقل الحرارة من المصادر الموجودة بدلاً من توليدها. لذا، في المنزل، إذا كنت تستخدم فرنًا، فإنك تحرق غازًا يسخن الكوكب لتوليد حرارة جديدة يتم بعد ذلك نفخها حول الهيكل. بدلاً من ذلك، تستخرج المضخة الحرارية الدفء من الهواء الخارجي وتضخه إلى الداخل.

إنه نفس المبدأ بالنسبة للمضخات الحرارية في المركبات الكهربائية. تحرق سيارة الاحتراق الداخلي البنزين لتشغيل السيارة، لكنها تنتج قدرًا كبيرًا من الحرارة المهدرة، والتي يتم ضخها بعد ذلك إلى المقصورة. تعتبر السيارات الكهربائية أكثر كفاءة، حيث يذهب أكثر من ثلاثة أرباع طاقتها الكهربائية إلى تحريك العجلات، وفقًا للبيانات الفيدرالية الأمريكية. وهذا يعني تقليل الحرارة المهدرة لالتقاط الركاب وتدفئتهم. باستخدام المضخة الحرارية، يمكن للسيارة الكهربائية استخلاص الدفء من الهواء الخارجي – مرة أخرى، حتى لو كان الجو باردًا جدًا – لتدفئة الجزء الداخلي وحتى بطاريتها، مما يزيد من كفاءة السيارة في الطقس البارد.