مانند خودروهای احتراق داخلی، وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) برای عملکرد بهینه به طیف وسیعی از مایعات نیاز دارند. با این حال، مقدار و خواص این مایعات می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. بازار EV که به سرعت در حال رشد است، فرصت‌های خوبی را برای تامین‌کنندگان سیال، افزودنی‌های سیال و تامین‌کنندگان قطعات جابجایی سیال ارائه می‌دهد.
گزارش جدید IDTechEx، “مدیریت حرارتی برای وسایل نقلیه الکتریکی 2025-2035: مواد، بازارها و فناوری ها”، پیش بینی می کند که بیش از 880 میلیون لیتر خنک کننده، ترکیبی از آب-گلیکول، روغن ها، خنک کننده ها و سیالات غوطه وری مورد نیاز خواهد بود. برای خودروهای الکتریکی در سال 2035.
هر مایع کجا استفاده می شود؟
اجزای سیستم انتقال قدرت (باتری‌ها، موتورها و الکترونیک قدرت) باید در محدوده دمای عملیاتی مشخصی نگهداری شوند تا یک EV بتواند ایمن و کارآمد عمل کند. همچنین کابین باید در دمایی مناسب برای سرنشینان نگهداری شود.
آب اتیلن گلیکول (WEG) معمولاً ستون فقرات سیستم مدیریت حرارتی را تشکیل می دهد. در بیشتر موارد، WEG از طریق کانال های خنک کننده یا صفحات سرد باتری هدایت می شود تا سلول ها را در شرایط یخبندان خنک یا گرم نگه دارد.
گاهی اوقات برای عبور از یک ژاکت در اطراف موتور استفاده می شود و معمولاً از یک هیت سینک برای خنک کردن اینورتر عبور می کند. همچنین برای اتصال سیستم های حرارتی اجزای پیشرانه به کابین استفاده می شود.
گرمای حاصل از این اجزای پیشرانه اغلب می‌تواند به سیستم مدیریت حرارتی کابین منتقل شود و نیاز به گرم کردن هوای کابین را کاهش دهد و کارایی را به‌طور جداگانه بهبود بخشد. به دلیل استفاده همه جانبه از آن، IDTechEx دریافته است که تقاضا برای WEG (از نظر حجم) بزرگترین سیال EV خواهد بود و تقاضا بین سال‌های 2023 تا 2035 شش برابر می‌شود.
روغن ها اغلب برای روغن کاری قطعات خودرو مانند گیربکس و گیربکس استفاده می شوند. با این حال، روغن همچنین می تواند در یک EV برای خنک کردن قطعات موتور استفاده شود. از آنجایی که این روغن‌ها دی الکتریک هستند، می‌توانند با اجزای داخل موتور، مانند سیم‌پیچ‌های روتور و/یا استاتور، تماس مستقیم برقرار کنند، مدیریت حرارتی را بهبود بخشیده و به‌طور بالقوه اندازه موتور را کاهش می‌دهند، زیرا نیازی به جلیقه آب در اطراف استاتور نیست.
بر اساس تحقیقات IDTechEx، موتورهای الکتریکی روغن خنک به استراتژی غالب برای مدیریت حرارتی موتور در سال 2022 تبدیل شدند، با حدود 60 درصد از خودروهای الکتریکی جدید فروخته شده در سال 2023 از موتورهای خنک شونده با روغن.
مبرد برای عملکرد سیستم تهویه مطبوع کابین مسافر ضروری است. در برخی مدل‌ها، خنک‌کننده نیز برای خنک کردن باتری استفاده می‌شود که چالش‌هایی را ایجاد می‌کند، اما می‌تواند بخش‌های بزرگی از سیستم‌های WEG مورد نیاز را حذف کند. این سهم بازار کمی در بازار اولیه خودروهای برقی داشت، با BMW i3 که این رویکرد را در پیش گرفته بود، اما در سال‌های اخیر شاهد ظهور مجدد آن بوده است، و BYD این فناوری را برای وسایل نقلیه e-Platform 3.0 خود به کار گرفته است.
خنک کننده غوطه وری یک استراتژی مدیریت حرارتی نوظهور است که همگنی حرارتی عالی را فراهم می کند. تاکنون فقط برای برخی از خودروهای خارج از جاده با عملکرد بالا استفاده شده است. در حالی که IDTechEx رشد این فناوری را پیش‌بینی می‌کند، انتظار ندارد که در آینده رویکرد غالب باشد.
با هر مایع چه تغییری می کند؟
دسته بندی مایعات مورد بحث در حال حاضر بخش مهمی از وسایل نقلیه با موتورهای احتراقی هستند، اما وسایل نقلیه الکتریکی الزامات جدیدی را تحمیل می کنند.
معمول است که محصولات WEG بین خودروهای احتراق داخلی و الکتریکی تا حدودی بدون تغییر باقی بمانند. با این حال، علاقه به استفاده از رسانایی الکتریکی پایین (هیوندای) به وجود آمده است. در صورت نشت مایع در اطراف قطعات الکتریکی مانند باتری، سطح ایمنی بیشتری را افزایش می دهد.
برای سهولت بیشتر سیستم، یک روغن واحد مورد نیاز است که بتواند دنده ها را روغن کاری کرده و موتور را خنک کند. این امر سازگاری شیمیایی آن با مس موجود در سیم پیچ موتور را زیر سوال می برد، ماده ای که برای روغن موتور احتراق داخلی مرکزی نیست.
اصلی ترین مبادله ای که در اینجا انجام می شود بین عملکرد حرارتی و خواص مکانیکی است. به طور کلی، ویسکوزیته بالاتر برای روانکاری بهتر است، اما برای انتقال حرارت بدتر است. به همین دلیل، تامین‌کنندگان سیال سعی می‌کنند حد وسطی بیابند که ویسکوزیته آن کمتر از مقدار مورد استفاده در روغن محور سنتی برای کمک به انتقال حرارت باشد، اما همچنان به اندازه‌ای بالا باشد که سایش انتقال را به حداقل برساند.
مبردها بین موتورهای احتراقی و وسایل نقلیه الکتریکی قابل مقایسه هستند. انتقال در اینجا برای صنعت خودرو به عنوان یک کل اعمال می شود. R134a استاندارد بود، اما در اروپا، به دلیل پتانسیل بالای گرمایش جهانی (GWP)، از سال 2017 با R1234yf در همه وسایل نقلیه جایگزین شد و سایر مناطق نیز از آن پیروی کردند.
تغییر بزرگ بعدی احتمالاً از در نظر گرفتن PFAS (مواد هر و پلی فلوروآلکیل) حاصل خواهد شد. اگرچه هیچ مقررات یا جدول زمانی مشخصی برای جایگزینی R1234yf وجود ندارد، اما این امر توسعه مبردهای جایگزین و اجزای مدیریت حرارتی مرتبط را متوقف نکرده است.
فولکس‌واگن سیستم‌های پمپ حرارتی مبتنی بر R744 را در مدل‌های ID خاص به کار گرفته است و سایر تامین‌کنندگان سیستم‌های حرارتی مانند سیستم هانون هر دو سیستم پمپ حرارتی R744 و R290 را برای خودروهای الکتریکی ارائه کرده‌اند.
IDTechEx در گزارش خود با عنوان «مدیریت حرارتی برای وسایل نقلیه الکتریکی 2025-2035: مواد، بازارها و فناوری‌ها» درباره خنک‌کننده‌های الکتریکی بیشتر بحث می‌کند. گزارش “مواد پر و پلی فلوروآلکیل (PFAS) 2024: کاربردهای نوظهور، جایگزین ها، مقررات” همچنین نگاهی عمیق به ترکیبات PFAS و جایگزین های آنها دارد.
افزایش تقاضا برای هر وسیله نقلیه
در حالی که گرایش‌های طراحی EV مانند سلول به بسته و ماژول‌های مدیریت حرارتی یکپارچه‌تر می‌توانند شدت سیال را در هر وسیله نقلیه کاهش دهند، چند روند کلیدی به طور متوسط افزایش حجم مایع مورد نیاز برای هر وسیله نقلیه است.
این شامل افزایش ظرفیت باتری، خودروهای بیشتر با گزینه‌های موتور دوگانه، افزایش استفاده از موتورهای خنک‌کننده روغن و پذیرش بیشتر سیستم‌های پمپ حرارتی است. همراه با افزایش تقاضا برای خودروهای الکتریکی، IDTechEx پیش بینی می کند که تا سال 2035 به بیش از 880 میلیون لیتر خنک کننده برای خودروهای الکتریکی نیاز خواهد بود.
گزارش جدید IDTechEx، «مدیریت حرارتی برای وسایل نقلیه الکتریکی 2025-2035: مواد، بازارها و فناوری‌ها»، مدیریت حرارتی باتری، موتورها، الکترونیک قدرت و کابین را بررسی می‌کند و به بررسی استراتژی‌ها، اجزا، مواد، سهم بازار می‌پردازد. و پیش بینی تا سال 2035.
