المضخة الحرارية للسيارة الكهربائية

المضخة الحرارية للسيارة الكهربائية نظام لتدفئة المقصورة ينقل حرارة موجودة أصلاً إلى داخل السيارة بدل صناعتها من العدم، وهي من أجدى تقنيات التحكم بالمناخ في السيارة الكهربائية الحديثة. ولأن السيارة الكهربائية لا تملك محركاً ساخناً يُلتقط منه الفائض الحراري، اعتمدت السيارات الكهربائية المبكرة على مدفأة مقاومة، أي عنصر كهربائي كبير يحوّل طاقة البطارية مباشرة إلى دفء. وهذا الأسلوب يعمل لكنه مبذّر، وقد يلتهم في الطقس البارد شريحة كبيرة من البطارية، فيقضم المدى في اللحظة التي تكون فيها الظروف متربصة بالسيارة أصلاً.

وتتفادى المضخة الحرارية هذا الهدر باستثمار الدورة الديناميكية الحرارية نفسها الموجودة في ثلاجة منزلية أو وحدة تكييف هواء، لكن مدارة في اتجاه التدفئة. إذ يدور مائع تبريد ضمن حلقة مغلقة، فيمتص حرارة منخفضة المستوى من الهواء الخارجي أو من المحرك وإلكترونيات القدرة أو من البطارية، ثم يُضغط لترتفع درجة حرارته، فيطلق تلك الحرارة المركّزة في المقصورة قبل أن يتمدد ويبدأ الدورة من جديد. والنقطة الجوهرية أن الكهرباء تُنفق على تشغيل الضاغط والمضخات فقط، لا على توليد الحرارة نفسها التي تُجمع مجاناً من البيئة.

ولهذا تتفوّق المضخة الحرارية كثيراً في الكفاءة على المدفأة المقاومة. فبينما يقدّم العنصر المقاوم في أحسن الأحوال وحدة حرارة واحدة مقابل كل وحدة كهرباء، تقدّم المضخة الحرارية عادة وحدتين إلى ثلاث وحدات حرارة مقابل كل وحدة كهرباء مستهلكة، تبعاً للظروف. ويترجم ذلك عملياً تحسّناً ملحوظاً في المدى الشتوي والكفاءة العامة، إذ يستعيد غالباً نسبة معتبرة من المدى الذي كانت ستفقده سيارة ذات تدفئة مقاومة في يوم بارد، ويقلّل الطاقة المنفقة على راحة المقصورة طوال الأشهر الأبرد.

غير أن للتقنية حدوداً. فميزتها رهينة بتوفّر حرارة محيطة قابلة للاستخلاص، ولذلك تتراجع فاعليتها كلما انخفضت درجة الحرارة؛ ففي البرد القارس، تحت الصفر بكثير، لا يبقى في الهواء الخارجي إلا دفء ضئيل ويكسب النظام أقل، فيستدعي أحياناً تدفئة مقاومة مساعدة لمواكبة الحاجة. كما تضيف المضخة الحرارية كلفة وتعقيداً إلى المركبة، ولذلك يركّبها بعض المصنّعين قياسياً بينما يعرضها آخرون خياراً أو يقصرونها على الفئات الأرقى.

وفي الصورة الحرارية الأوسع، نادراً ما تعمل المضخة الحرارية بمعزل. فهي تُدمَج بازدياد مع نظام الإدارة الحرارية للبطارية ومع وظائف التهيئة المسبقة، فتتقاسم الحرارة بين البطارية والمحرك والمقصورة بحيث يُوظَّف فائض الدفء من مكوّن في مكوّن آخر. وحين تكون السيارة موصولة بالشحن، يمكن للتهيئة المسبقة أن تدفّئ المقصورة والبطارية بكهرباء الشبكة قبل الانطلاق، وتجعل المضخة الحرارية تلك العملية أرخص وأسرع، فتعمل جنباً إلى جنب مع هذه الأنظمة لحماية الكفاءة والمدى الواقعي في البرد.