سیستم تهویه مطبوع خودروهای برقی و هیبریدی در سال ۲۰۲۵؛ ساختار، چالش‌ها، فناوری‌ها و آینده این صنعت

سیستم تهویه مطبوع در خودروهای برقی و هیبریدی یکی از مهم‌ترین اجزای رفاهی و فنی این خودروها محسوب می‌شود. برخلاف خودروهای بنزینی که از گرمای موتور و تسمه مکانیکی برای عملکرد سیستم سرمایش و گرمایش استفاده می‌کنند، خودروهای برقی به دلیل حذف کامل موتور احتراق داخلی، نیازمند معماری کاملاً تازه‌ای برای مدیریت دما هستند. همین موضوع باعث شده سیستم تهویه مطبوع در آن‌ها نه‌تنها یک تجهیز رفاهی بلکه بخشی حیاتی از سیستم مدیریت انرژی، سلامت باتری و راندمان کلی خودرو باشد.

در این مقاله با نگاهی فنی و به‌روز (بر اساس اطلاعات سال ۲۰۲۵)، ساختار سیستم تهویه مطبوع در خودروهای برقی (EV) و هیبریدی (HEV)، چالش‌ها، فناوری‌های نوین، روندهای جهانی، سیستم‌های حرارتی هوشمند و استراتژی‌های صرفه‌جویی در انرژی را به‌صورت کامل بررسی می‌کنیم.

چرا تهویه مطبوع در خودروهای برقی اهمیت بیشتری نسبت به خودروهای بنزینی دارد؟

در خودروهای بنزینی، وجود موتور احتراق داخلی باعث می‌شود بخش زیادی از نیاز حرارتی از گرمای اتلافی موتور تأمین شود. کمپرسور کولر نیز مستقیماً توسط پولی و تسمه موتور به‌چرخش در می‌آید. اما خودروهای برقی کاملاً متفاوت هستند:

1. موتور گرم نمی‌شود:
   موتورهای الکتریکی بازدهی بسیار بالایی دارند و انرژی کمی به گرما تبدیل می‌شود. بنابراین گرمای رایگان برای گرم‌کردن کابین وجود ندارد.

2. کمپرسور الکتریکی است:
   کمپرسور توسط اینورتر و باتری تغذیه می‌شود و هر بار فعال شدن آن، مستقیماً برد خودرو را کاهش می‌دهد.

3. نیاز به مدیریت حرارتی باتری:
   باتری در دمای پایین یا بالا عملکرد مناسبی ندارد. بنابراین سیستم تهویه مطبوع باید علاوه‌بر کابین، دمای باتری را نیز کنترل کند.

4. در توقف و رانندگی آرام، سیستم باید فعال بماند:
   چون دیگر خبری از دور موتور نیست، سیستم باید همیشه بدون وابستگی به موتور قابل‌اعتماد باشد.

این موضوعات باعث شده سیستم تهویه مطبوع خودروهای برقی بسیار پیچیده‌تر از نمونه‌های بنزینی باشد و طراحی آن به هوش مصنوعی، پمپ حرارتی و معماری‌های نوین حرارتی متکی باشد.

ساختار و عملکرد سیستم تهویه مطبوع در خودروهای برقی

سیستم تهویه مطبوع خودروهای برقی شامل چند بخش کلیدی است که هر کدام با کنترل الکترونیکی و بهینه‌سازی انرژی عمل می‌کنند.

۱) کمپرسور الکتریکی با سرعت متغیر (Electric A/C Compressor)

کمپرسور قلب سیستم است و به‌جای اتصال تسمه‌ای به موتور، توسط اینورتر و ولتاژ بالا تغذیه می‌شود. مزایای کمپرسور الکتریکی:

• استقلال کامل از موتور

• تنظیم دقیق سرعت بر اساس نیاز سرمایی

• کاهش مصرف انرژی با کنترل PWM

• عملکرد حتی در حالت توقف خودرو

در مدل‌های جدید، کمپرسورها قابلیت کار در بازه ۲,۰۰۰ تا ۹,۰۰۰ دور در دقیقه دارند.

عملکرد سیستم تهویه مطبوع در خودرو برقی

۲) کندانسور Parallel Flow نسل ۲۰۲۵

کندانسورها در خودروهای برقی معمولاً از نوع PF بسیار نازک، سبک و دارای لایه‌های متعدد کانال‌های موازی هستند. دلایل استفاده:

• دفع سریع‌تر گرمای مبرد

• کاهش مصرف فن

• وزن کمتر

• راندمان بالاتر در سرعت‌های پایین

با توجه به اینکه خودروهای برقی اغلب در شهر حرکت می‌کنند، این راندمان بالا اهمیت زیادی دارد.

۳) اواپراتور با سطح تبادل حرارتی زیاد

اواپراتور وظیفه دارد مبرد را تبخیر کند و گرمای هوا را جذب نماید. طراحی آن به‌گونه‌ای است که در فشار کم و با مصرف حداقلی مبرد عملکرد بالایی داشته باشد.

۴) فن‌های الکتریکی هوشمند (EC Fans)

فن‌ها در خودروهای EV به‌صورت مستقل از موتور عمل می‌کنند و دارای:

• کنترل دور دیجیتال

• حالت‌های مصرف اقتصادی

• عملکرد کم‌صدا

• سنسور تشخیص بار حرارتی

هستند. این موضوع باعث می‌شود سیستم بدون ایجاد نویز اضافه، بهترین جریان هوا را تامین کند.

چالش‌های تهویه مطبوع در خودروهای برقی (به‌روزترین تحقیقات ۲۰۲۵)

اول: مصرف بالای انرژی

گزارش‌های رسمی شرکت‌هایی مانند تسلا و هیوندای نشان می‌دهد:

• تهویه مطبوع در تابستان می‌تواند ۱۰ تا ۱۸ درصد از برد خودرو کم کند.

• گرمایش کابین در زمستان می‌تواند ۲۰ تا ۳۵ درصد برد خودرو را کاهش دهد.

این رقم‌ها در دمای صفر درجه می‌تواند به ۴۰ درصد هم برسد.

دوم: نبود منبع گرمایی اتلافی

خودروهای برقی مجبورند توسط المنت‌های برقی یا پمپ حرارتی گرما تولید کنند. المنت‌ها انرژی زیادی مصرف می‌کنند.

سوم: مدیریت حرارتی باتری

باتری لیتیومی در دمای ۲۰ تا ۳۵ درجه بهترین عملکرد را دارد. سیستم تهویه باید گرمای آن را در تابستان بگیرد و زمستان آن را گرم کند.

چهارم: کارکرد مداوم کمپرسور

در ترافیک‌های شهری، کمپرسور باید بدون وقفه کار کند. این موضوع باعث استهلاک و مصرف انرژی می‌شود.

فناوری‌های نوین تهویه مطبوع خودروهای برقی در سال ۲۰۲۵

۱) پمپ حرارتی (Heat Pump) – انقلابی‌ترین فناوری

پمپ حرارتی می‌تواند با مصرف بسیار کمتر از المنت‌های گرمایی، کابین و باتری را گرم کند.
در خودروهای مجهز به این سیستم مانند:

• Tesla Model Y

• Hyundai Ioniq 6

• Kia EV6

• Toyota bZ4X

• BYD Atto 3

گزارش شده که برد زمستانی تا ۳۰ درصد افزایش داشته است.

۲) سیستم مدیریت حرارتی یکپارچه (Integrated Thermal Management System)

در این سیستم، خودرو:

• کمپرسور

• باتری

• موتور الکتریکی

• کابین

• اینورتر

را با یک شبکه حرارتی واحد مدیریت می‌کند. این فناوری باعث مصرف بسیار کمتر انرژی و افزایش عمر باتری می‌شود.

۳) کنترل هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی

سنسورها اطلاعات زیر را تحلیل می‌کنند:

• تعداد سرنشین

• میزان آفتاب

• رطوبت

• سرعت خودرو

• مقصد و مدت زمان سفر

• الگوی رانندگی

این داده‌ها به خودرو کمک می‌کنند دما را طوری تنظیم کند که کمترین مصرف انرژی و بیشترین آسایش فراهم شود.

۴) استفاده از مبردهای نسل جدید R1234yf

این مبرد دارای:

• آلایندگی بسیار کمتر

• فشار کاری پایین‌تر

• راندمان بالاتر

است و در اغلب خودروهای برقی ۲۰۲۵ استفاده می‌شود.

۵) پیش‌گرمایش هوشمند کابین هنگام شارژ

خودرو پیش از حرکت، با برق شهری:

• باتری را بهینه گرم می‌کند

• کابین را تنظیم می‌کند

به این ترتیب، هنگام شروع رانندگی انرژی باتری هدر نمی‌رود.

گرمایش صندلی‌ها و فرمان

سیستم تهویه مطبوع در خودروهای هیبریدی؛ ترکیبی از دو تکنولوژی

خودروهای هیبریدی هم موتور بنزینی دارند و هم موتور الکتریکی، اما سیستم تهویه آن‌ها ترکیبی است:

• در حالت رانندگی بنزینی، گرمایش کابین از آب رادیاتور گرفته می‌شود.

• در حالت رانندگی الکتریکی، کمپرسور الکتریکی تهویه مطبوع را فعال نگه می‌دارد.

• وقتی موتور خاموش می‌شود (Stop/Start)، سرمایش قطع نمی‌شود.

این ساختار باعث شده هیبریدها در شهر عملکرد بسیار نرم و بهینه داشته باشند.

راهکارهای کاهش مصرف انرژی تهویه مطبوع در خودروهای برقی

۱) استفاده از حالت ECO
۲) تنظیم دما در بازه ۲۳ تا ۲۵ درجه
۳) استفاده از صندلی و فرمان گرم‌کن به‌جای گرم‌کردن کل کابین
۴) سرویس اواپراتور و فیلتر کابین
۵) پیش‌سرمایش هنگام شارژ
۶) پارک در سایه یا پارکینگ
۷) جلوگیری از نشتی مبرد
۸) استفاده از تهویه نقطه‌ای برای سرنشین جلو

این موارد می‌توانند بین ۱۰ تا ۲۲ درصد مصرف انرژی تهویه را کاهش دهند.

نگهداری و سرویس سیستم تهویه مطبوع در خودروهای برقی

• بررسی عملکرد کمپرسور الکتریکی

• کنترل فشار مبرد

• تنظیم نرم‌افزار سیستم مدیریت حرارتی

• بررسی سالم بودن سنسورهای دما

• تعویض منظم فیلتر کابین

• چک کردن عملکرد پمپ حرارتی در زمستان

با توجه به حساسیت سیستم‌های برقی، سرویس دوره‌ای اهمیت بسیار زیادی دارد.

نتیجه‌گیری

در سال ۲۰۲۵، سیستم تهویه مطبوع خودروهای برقی و هیبریدی به یکی از پیشرفته‌ترین و مهم‌ترین بخش‌های خودرو تبدیل شده است. حذف موتور احتراق داخلی و نیاز به مدیریت حرارتی دقیق باعث شده شرکت‌های خودروسازی از تکنولوژی‌های نوینی مانند پمپ حرارتی، کمپرسورهای هوشمند، مدیریت حرارتی یکپارچه، مبردهای نسل جدید و الگوریتم‌های پیشرفته برای کاهش مصرف انرژی استفاده کنند.

آینده این سیستم‌ها به‌سمت هوش مصنوعی، مصرف انرژی نزدیک به صفر، مواد سبک‌تر، مبردهای بسیار کم‌ضرر و سیستم‌های حرارتی خودکار حرکت می‌کند.

برای خواندن مقالات به زبان انگلیسی راجب:‌ سیستم‌های تهویه مطبوع در خودروهای برقی کلیک کنید