جدیدترین سیستم‌های فنی خودروهای برقی در سال ۲۰۲۵

جدیدترین سیستم‌های فنی خودروهای برقی در سال ۲۰۲۵ شامل فناوری‌های پیشرفته‌ای هستند که عملکرد، ایمنی و بهره‌وری انرژی را بهبود داده‌اند. از موتورهای الکتریکی جدید و باتری‌های نسل آینده گرفته تا سیستم‌های بازیابی انرژی، خودران و شارژ سریع، صنعت خودروهای برقی در حال تجربه‌ی انقلابی بی‌سابقه است. در این مقاله، به بررسی نوآوری‌های فنی در خودروهای برقی و تأثیر آن‌ها بر آینده حمل‌ونقل می‌پردازیم.

موتورهای الکتریکی و فناوری‌های بهینه‌سازی راندمان

موتور الکتریکی قلب تپنده‌ی خودروی برقی است و خودروسازان با بهبود طراحی موتور و سیستم‌های کنترلی، راندمان را افزایش داده‌اند. به عنوان مثال، تسلا مدل ۳ از یک موتور سنکرون رلوکتانسی با مغناطیس داخلی (SynRM-IPM) بهره می‌برد که با استفاده از آهنرباهای قطعه‌بندی‌شده، تلفات جریان‌های گردابی و گرمایی را کاهش داده و راندمان بالا و گشتاور زیادی فراهم می‌کند.

این نوع موتور ترکیبی از مزایای موتور رلوکتانسی و موتور آهنربای دائم را دارد و در سرعت‌های پایین و بالا بازده بهتری ارائه می‌دهد.

علاوه بر بهبود نوع موتور، معماری‌های نوین موتور نیز در حال ظهور هستند. برای نمونه، موتورهای محور-جریان (Axial Flux) به دلیل چگالی توان بالا مورد توجه قرار گرفته‌اند.

شرکت مرسدس-بنز با سرمایه‌گذاری در شرکت YASA به دنبال استفاده از موتورهای محور-جریان در محصولات AMG برقی خود است و رنو نیز برای خودروهای هیبریدی از سال ۲۰۲۵ با شرکت WHYLOT جهت به‌کارگیری این موتورها همکاری می‌کند. این موتورها حجم و وزن کمتری داشته و برای فضاهای محدود مناسب‌اند.
همچنین موتورهای چرخ‌داخل (In-Wheel) که مستقیماً داخل چرخ قرار می‌گیرند توسط شرکت‌هایی نظیر Protean و Elaphe توسعه یافته و در خودروی برقی مفهومی Aptera و خودروی خورشیدی Lightyear One به کار رفته‌اند.
این طراحی ماژولار می‌تواند قطعات سیستم انتقال را کاهش داده و راندمان را بالا ببرد. از سوی دیگر، برخی خودروسازان به دنبال حذف وابستگی به فلزات خاکی کمیاب هستند؛

برای مثال، موتورهای رلوکتانسی سوئیچ‌شونده (SRM) بدون آهنربای نئودیمیم-آهن-بور (NdFeB) در حال توسعه‌اند که با پیشرفت الکترونیک قدرت، عملکرد بسیار بهینه‌ای یافته‌اند.
یکی دیگر از فناوری‌های بهینه‌سازی راندمان، استفاده از نیمه‌هادی‌های نوین در بخش الکترونیک قدرت موتور است. اینورترهای سنتی از ترانزیستورهای سیلیکونی استفاده می‌کردند، اما امروزه با بهره‌گیری از سیلیکون کاربید (SiC) تلفات سوئیچینگ کاهش و بازده تبدیل انرژی افزایش یافته است.
برای مثال، شرکت آئودی در برخی مدل‌های برقی خود اینورترهای SiC به کار برده که طبق گزارش‌ها راندمان را تا حدود ۶۰٪ در شرایط بار جزیی بهبود داده است. استفاده از SiC همچنین امکان کار در ولتاژهای بالاتر و تولید حرارت کمتر را فراهم می‌کند که نتیجه‌ی آن افزایش شعاع حرکتی خودرو با همان ظرفیت باتری است.
خودروسازان دیگری نظیر تسلا و جیلی (مدل‌های ZEEKR) نیز با تأمین‌کنندگان نیمه‌هادی SiC همکاری کرده‌اند تا نسل جدید تراشه‌های SiC را در خودروهای خود استفاده کنند. مجموع این پیشرفت‌ها در حوزه‌ی موتور و قطعات الکترونیک قدرت باعث شده خودروهای برقی جدید توانمندتر، کم‌مصرف‌تر و دارای ابعاد فشرده‌تری باشند.

باتری‌های جدید: حالت‌جامد و نسل تازه لیتیوم-یونی

باتری به عنوان منبع انرژی خودروهای برقی، محور بسیاری از نوآوری‌ها است. جدیدترین تحقیقات بر روی باتری‌های حالت‌جامد متمرکز شده‌اند که نوید جهشی بزرگ در کارایی را می‌دهند. این باتری‌ها به جای الکترولیت مایع قابل اشتعال، از الکترولیت جامد استفاده می‌کنند و مزایایی چون چگالی انرژی بالاتر، سرعت شارژ بیشتر و ایمنی بالاتر دارند. به همین دلیل از آن‌ها با عنوان «جام مقدس» فناوری باتری یاد می‌شود!
شرکت‌های بزرگ خودروسازی سرمایه‌گذاری سنگینی در این حوزه کرده‌اند. برای مثال، تویوتا اعلام کرده یکی از نخستین خودروسازانی خواهد بود که خودروی برقی مجهز به باتری حالت‌جامد را عرضه می‌کند؛ برنامه‌ای که توسط دولت ژاپن نیز پشتیبانی شده و تولید آزمایشی این باتری‌ها از سال ۲۰۲۶ آغاز خواهد شد.
هرچند تولید انبوه احتمالاً تا دهه‌ی بعد (حدود ۲۰۳۰) محقق می‌شود، اما گام‌های فعلی نشان می‌دهد که در اواخر دهه جاری می‌توانیم شاهد خودروهایی با باتری حالت‌جامد باشیم. تویوتا مدعی است باتری‌های حالت‌جامد توسعه‌یافته‌اش می‌توانند برد رانندگی را به حدود ۱۰۰۰ کیلومتر برسانند و در مدت ۱۰ دقیقه از حالت کاملاً خالی به شارژ کامل برسند. ارقامی که بسیار فراتر از باتری‌های لیتیوم-یونی کنونی است.

به منظور تحقق این وعده، شرکت نفتی ژاپنی Idemitsu Kosan در حال ساخت کارخانه‌ای برای تولید انبوه سولفید لیتیم (الکترولیت جامد) مورد نیاز باتری‌های حالت‌جامد تویوتا است.

تویوتا و Idemitsu از سال ۲۰۲۳ در توسعه‌ی این مواد همکاری داشته‌اند و برنامه‌ی آن‌ها تجاری‌سازی باتری‌های تمام‌جامد در سال‌های ۲۰۲۷-۲۰۲۸ است.
در کنار پروژه‌های حالت‌جامد، برخی خودروسازان به راه‌حل‌های میانی مانند باتری‌های نیمه‌جامد روی آورده‌اند. برای نمونه، شرکت NIO چین یک باتری ۱۵۰ کیلووات‌ساعتی موسوم به «نیمه‌جامد» توسعه داده که به صورت آزمایشی در سدان برقی NIO ET7 به کار گرفته شده است. این باتری از ترکیب الکترولیت مایع و جامد بهره می‌برد و چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری‌های معمول دارد. نتیجه آن که NIO ET7 توانست در تست برد بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر را با یک شارژ طی کند.

پیشنهاد مطالعه:‌ خودرو الکتریکی نیو؛ رقیب چینی تسلا +‌ویدیو

بسته‌ی ۱۵۰ کیلووات‌ساعتی NIO به کاربران اجازه می‌دهد با اجاره‌ی روزانه، در هنگام سفرهای طولانی از ظرفیت بالای آن استفاده کنند
اگرچه این فناوری کاملاً حالت‌جامد نیست، اما نشان‌دهنده‌ی گذار تدریجی به نسل بعدی باتری‌ها است که ظرفیت بیشتر و شارژدهی طولانی‌تر را ممکن می‌سازند. از سوی دیگر، بهبود باتری‌های لیتیوم-یونی نسل جدید نیز ادامه دارد.

یکی از روندهای مهم، تغییر ترکیب شیمیایی جهت افزایش عمر و ایمنی است. باتری‌های LFP (لیتیوم آهن فسفات) که مدت‌ها در حاشیه بودند، اکنون به دلیل ایمنی بالا، عمر سیکلی زیاد و هزینه کمتر، مورد استقبال قرار گرفته‌اند.
هرچند چگالی انرژی LFP اندکی کمتر از باتری‌های NMC/NCA سنتی است، اما پایداری حرارتی و دوام آن‌ها در بلندمدت بهتر است.
تسلا از سال ۲۰۲۱ در مدل‌های استاندارد خود (مانند Model 3 استاندارد رنج) به باتری‌های LFP روی آورده است. این باتری‌ها امکان شارژ روزانه تا ۱۰۰٪ را بدون نگرانی از تسریع تخریب فراهم می‌کنند، در حالی که برای باتری‌های حاوی نیکل/کبالت معمولاً توصیه می‌شود تا ۸۰-۹۰٪ شارژ شوند.
به‌کارگیری LFP همچنین هزینه‌ی تولید پک باتری را کاهش داده و نهایتاً خودروهای برقی را ارزان‌تر می‌کند.
در کنار تغییر شیمیایی، طراحی فیزیکی سلول‌ها نیز ارتقا یافته است. برای مثال، تسلا سلول‌های استوانه‌ای جدیدی موسوم به ۴۶۸۰ را توسعه داده است که قطری بزرگ‌تر و طراحی تب‌لس (بدون زبانه) دارند. این طراحی مقاومت داخلی را کم کرده و خنک‌سازی را بهبود می‌بخشد که حاصل آن تحویل توان بالاتر و شارژ سریع‌تر است.

هرچند جزئیات کامل عملکرد ۴۶۸۰ هنوز در حال ارزیابی است، اما تسلا اعلام کرده این سلول‌ها می‌توانند چگالی انرژی پک را حدود ۱۶٪ نسبت به نسل قبل افزایش دهند.
به طور کلی، پیشرفت در فناوری باتری برقی دو مسیر را دنبال می‌کند: بهبود تدریجی لیتیوم-یون‌های موجود (با شیمی بهتر و طراحی جدید) و سرمایه‌گذاری برای دستیابی به فناوری انقلابی حالت‌جامد. ترکیب این دو رویکرد در سال‌های آینده خودروهای برقی را با برد بیشتر، شارژ سریع‌تر و دوام بالاتر به ارمغان خواهد آورد.

سیستم‌های بازیابی انرژی ترمز (Regenerative Braking)

یکی از توانمندی‌های ویژه خودروهای برقی، بازیابی انرژی جنبشی هنگام ترمز است که به افزایش بهره‌وری انرژی کمک شایانی می‌کند. در یک خودروی بنزینی معمولی، انرژی حرکتی خودرو هنگام ترمز به صورت حرارت در ترمزها تلف می‌شود. اما در خودروهای برقی، موتور الکتریکی می‌تواند به‌صورت ژنراتور عمل کرده و هنگام کاهش سرعت، بخشی از انرژی جنبشی خودرو را به برق تبدیل کند و به باتری بازگرداند.
این فرآیند که ترمز احیاکننده نام دارد، باعث می‌شود انرژی که در غیر این صورت هدر می‌رفت، دوباره مورد استفاده قرار گیرد. راندمان سیستم ترمز احیاشونده در خودروهای مدرن قابل توجه است. طبق برآوردها، یک خودروی برقی می‌تواند حدود ۶۰ تا ۷۰٪ از انرژی جنبشی را در هنگام ترمزگیری بازیابی کند.

به بیان دیگر، به جای اتلاف ۱۰۰٪ انرژی ترمز به صورت گرما (در خودروهای معمولی)، خودرو برقی تنها حدود ۳۰ تا ۴۰٪ آن را به صورت حرارت تلف می‌کند و مابقی را به برق برای شارژ باتری تبدیل می‌کند.
این ویژگی مخصوصاً در رانندگی شهری با ترمز و حرکت‌های مکرر بسیار مؤثر است و می‌تواند برد خودرو را افزایش دهد. بسیاری از خودروهای برقی امکان رانندگی با یک پدال را فراهم می‌کنند؛ بدین صورت که با رها کردن پدال گاز، موتور به شکل مولد عمل کرده و خودرو را به سرعت کند یا متوقف می‌کند.

برای مثال، خودروی نیسان لیف سیستم e-Pedal را معرفی کرد که راننده را قادر می‌سازد اکثر شرایط رانندگی را تنها با پدال گاز مدیریت کرده و ترمزگیری شدید را به سیستم احیاکننده واگذار کند. همچنین در خودروهای تسلا، سطح ترمز احیاکننده قابل تنظیم است و در بیشترین حالت، کاهش سرعت شدیدی شبیه به ترمزگیری را ایجاد می‌کند که بخش اعظم انرژی حرکت را دوباره به باتری برمی‌گرداند. نتیجه‌ی این فناوری آن است که مصرف انرژی خودرو کاهش یافته و عمر مفید ترمزهای مکانیکی (لنت و دیسک) نیز بیشتر می‌شود، چرا که فشار کمتری به آن‌ها می‌آید.
البته ظرفیت بازیابی انرژی به عوامل مختلفی بستگی دارد؛ از جمله توان و اندازه موتور/ ژنراتور و ظرفیت پذیرش باتری. در دماهای بسیار سرد، ممکن است باتری موقتاً نرخ پذیرش شارژ را محدود کند و در نتیجه شدت ترمز احیاکننده کاهش یابد.
همچنین زمانی که باتری کاملاً پر است، دیگر جایی برای ذخیره انرژی ترمز وجود ندارد و خودرو عمدتاً از ترمزهای اصطکاکی استفاده می‌کند.
با این وجود، در اکثر شرایط عملیاتی، سیستم بازیابی انرژی یک مزیت بزرگ خودروهای برقی محسوب می‌شود که بهره‌وری حرکتی را ارتقا داده و تجربه‌ی رانندگی (مثلاً رانندگی تک-پداله) را متحول کرده است.

سیستم‌های خودران و هوش مصنوعی در خودروهای برقی

خودروهای برقی نسل جدید نه تنها در زمینه قوای محرکه، بلکه در حوزه‌ی الکترونیک و هوشمندی نیز پیشگام هستند. بسیاری از مدل‌های برقی لوکس و حتی اقتصادی، به پیشرفته‌ترین سامانه‌های کمک‌راننده و خودران مجهز شده‌اند. این تصادفی نیست، چرا که خودروهای برقی به دلیل معماری الکتریکی پیشرفته، بستر مناسبی برای پیاده‌سازی فناوری‌های دیجیتال محسوب می‌شوند.

یکی از شناخته‌شده‌ترین نمونه‌ها، سامانه‌ی Autopilot و FSD (Full Self-Driving) در خودروهای تسلا است که با تکیه بر دوربین‌های متعدد، رادار/لیدار (در مدل‌های قدیمی‌تر) و شبکه‌های عصبی مصنوعی، امکان رانندگی خودکار در بسیاری از شرایط را فراهم کرده است. اگرچه از لحاظ قانونی و استاندارد SAE، سامانه‌ی تسلا همچنان خودران سطح ۲ (کمک‌راننده پیشرفته) طبقه‌بندی می‌شود و نیازمند توجه کامل راننده است، اما عملکرد آن نشان‌دهنده‌ی نقش پررنگ هوش مصنوعی در تحلیل محیط و تصمیم‌گیری لحظه‌ای است.

تسلا از یک ابررایانه‌ی اختصاصی (FSD Computer) بهره می‌برد که توان پردازشی آن ده‌ها تریلیون عملیات در ثانیه است و شبکه‌ی عصبی آموزش‌دیده‌ی آن علائم جاده، خودروها، عابران پیاده و … را شناسایی می‌کند. این سیستم به مرور زمان و از طریق به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری ارتقاء می‌یابد که خود نوعی یادگیری جمعی از میلیاردها کیلومتر داده‌ی رانندگی است.

در کنار تسلا، خودروسازان سنتی نیز به سرعت در حال تجهیز خودروهای برقی خود به قابلیت‌های خودران هستند. مرسدس-بنز EQS به عنوان یک سدان برقی لوکس، اولین خودروی تولیدی در دنیا بود که سطح ۳ خودران (شرطی) را به صورت مجاز ارائه داد.
سامانه‌ی Drive Pilot مرسدس در بزرگراه‌های آلمان تا سرعت ~۶۰ کیلومتر بر ساعت اجازه می‌دهد راننده کاملاً از کنترل و نظارت دست بکشد و مسئولیت رانندگی در این مدت بر عهده خودرو باشد. در این حالت حتی اگر حادثه‌ای رخ دهد، قانوناً مرسدس-بنز مسئول خواهد بود نه راننده.
این یک گام فراتر از سیستم‌های سطح ۲ نظیر Super Cruise جنرال موتورز یا Pilot Assist ولوو است که همگی نیازمند توجه پیوسته راننده‌اند.
ترکیب خودرو برقی EQS با چنین فناوری خودرانی، نشان می‌دهد که اتومبیل‌های الکتریکی پلتفرمی مناسب برای پیاده‌سازی پیچیده‌ترین الگوریتم‌های رانندگی خودکار هستند.

علاوه بر قابلیت‌های رانندگی خودکار، هوش مصنوعی (AI) در جنبه‌های دیگری از خودروهای برقی نیز به کار گرفته شده است. یکی از کاربردهای مهم، مدیریت هوشمند باتری است. سامانه‌های مدیریت باتری (BMS) نسل جدید با کمک یادگیری ماشین، می‌توانند سلامت سلول‌های باتری را در طول زمان پیش‌بینی کرده و بهینه‌ترین الگوی شارژ/ دشارژ را برای افزایش عمر باتری اتخاذ کنند
به عنوان نمونه، پژوهشگران دانشگاه آریزونا از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی برای پیش‌بینی و جلوگیری از وقوع فرار حرارتی در باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده کرده‌اند.
این مدل AI با رصد لحظه‌ای دما در سلول‌های مختلف باتری، می‌تواند تشخیص دهد کدام سلول در آستانه‌ی گرم‌شدن خارج از کنترل است و قبل از رسیدن به مرحله خطرناک، اقدامات حفاظتی (مانند قطع جریان) را انجام دهد.
چنین سیستم‌هایی در آینده می‌توانند ایمنی خودروهای برقی را بیش از پیش افزایش دهند.به طور خلاصه، خودروهای برقی امروزی از فناوری خودران و AI هم در بخش رانندگی و هم در مدیریت انرژی بهره می‌برند.

مدل‌های برجسته‌ای مانند تسلا‌های سری S/3/X/Y، مرسدس EQS، ب‌ام‌و iX و خودروهای برقی چینی نظیر NIO و Xpeng همگی مجهز به دوربین‌ها، رادار/لیدار و کامپیوترهای قدرتمند هستند که نویدبخش نزدیک‌تر شدن به رانندگی خودکار کامل در آینده‌اند. همچنین پروژه‌های روبوتاکسی مانند Waymo از خودروهای تمام‌برقی (جاگوار I-PACE) استفاده می‌کنند تا حمل‌ونقل شهری را هوشمندتر و پاک‌تر سازند.

سیستم‌های مدیریت حرارتی باتری و موتور

نگه داشتن دما در محدوده‌ی مطلوب، یکی از چالش‌های اساسی برای کارایی و دوام باتری‌ها و موتورهای خودرو برقی است. باتری‌های لیتیوم-یونی در صورت سرد شدن بیش از حد، توان‌دهی و سرعت شارژشان افت می‌کند و در صورت داغ شدن بیش از حد، سریع‌تر دچار تخریب شیمیایی می‌شوند و حتی خطر ایمنی (مانند آتش‌سوزی) ایجاد می‌کنند. به همین دلیل خودروهای برقی پیشرفته دارای سیستم مدیریت حرارتی (Thermal Management System) پیچیده‌ای هستند که دمای سلول‌های باتری و همچنین موتور/ اینورتر را در محدوده‌ی ایده‌آل نگه می‌دارد. معمولاً محدوده‌ی بهینه دمای باتری ۲۰ تا ۴۰ درجه سلسیوس است.
خارج از این بازه، کارایی باتری افت کرده و عمر آن کاهش می‌یابد؛ مثلاً سرما مقاومت داخلی باتری را افزایش داده و از توان خروجی و برد خودرو می‌کاهد، در حالی که گرمای زیاد واکنش‌های مخرب در الکترودها را تسریع کرده و فرسایش باتری را شدت می‌بخشد.
بنابراین سیستم مدیریت حرارتی با خنک‌کردن فعال در هنگام شارژ/ دشارژ سنگین و گرم‌کردن باتری در هوای سرد، سعی می‌کند دما را یکنواخت و مطلوب نگه دارد.
نتیجه‌ی طراحی خوب حرارتی، علاوه بر ایمنی بالاتر، برد بیشتر (به‌دلیل کارکرد بهینه در دمای مناسب) و طول عمر طولانی‌تر باتری است
یک باتری که همیشه در بازه دمایی سالم کار کند، پس از چند سال ظرفیت بیشتری نسبت به باتری کنترل‌نشده حفظ خواهد کرد.
تقریباً همه‌ی خودروهای برقی امروزی از سیستم سرمایش مایع برای باتری بهره می‌برند. شبکه‌ای از لوله‌های حاوی مایع خنک‌کن (اغلب مخلوط گلیکول) از میان ماژول‌های باتری عبور کرده و حرارت را از سلول‌ها جذب می‌کند.

یک رادیاتور و گاهی چیلر مُبرد این گرما را به بیرون منتقل می‌کنند. به عنوان مثال، در خودروهای تسلا یک واحد مجتمع موسوم به Superbottle وجود دارد که پمپ‌ها و شیرهای کنترل جریان خنک‌کننده را یکپارچه کرده و دمای باتری و موتور را تنظیم می‌کند. در سمت دیگر طیف، تجربه نشان داده خودروهای برقی فاقد خنک‌کننده فعال (مانند نسل‌های قدیم نیسان لیف با باتری خنک‌شونده غیرفعال) در اقلیم‌های گرم با افت ظرفیت شدید باتری در طی چند سال مواجه شدند، چرا که گرمای تابستان و شارژ سریع مکرر، دمای سلول‌ها را بیش از حد بالا می‌بُرد و تخریب را تسریع می‌کرد.

پیشنهاد مطالعه: برق خودرو یا مکانیک خودرو؛ انتخاب بهترین مسیر شغلی

این درس صنعتی موجب شده تقریباً تمامی خودروسازان اهمیت سیستم مدیریت حرارتی را درک کرده و حتی در خودروهای اقتصادی برقی نیز مدار خنک‌کننده‌ی باتری را تعبیه کنند. یکی دیگر از پیشرفت‌های اخیر، افزودن پمپ حرارتی (Heat Pump) به سیستم حرارتی خودروهای برقی است. گرمایش کابین در خودرو برقی از باتری انرژی می‌گیرد و اگر به روش مقاومتی (هیتر برقی ساده) انجام شود، مصرف قابل توجهی خواهد داشت که می‌تواند برد خودرو را در هوای سرد تا ۳۰٪ یا بیشتر کاهش دهد.

پمپ حرارتی همانند یک کولر معکوس، حرارت محیط بیرون یا اتلافات موتور را جذب کرده و با مصرف اندکی برق، آن را به کابین منتقل می‌کند. بسیاری از خودروهای برقی مدرن مانند تسلا مدل Y، فولکس‌واگن ID.4، پژو e-208 و غیره به پمپ حرارتی مجهز شده‌اند. آمارها نشان می‌دهد استفاده از پمپ حرارتی می‌تواند برد خودرو در دمای انجماد را به طور متوسط حدود ۱۰٪ افزایش دهد.
برای مثال، تسلا با معرفی پمپ حرارتی در Model Y گزارش کرد که افت برد در هوای سرد نسبت به مدل‌های قبلی (بدون پمپ حرارتی) کمتر شده است.
همچنین پمپ حرارتی در خودروی نیسان لیف نسخه‌های جدید تعبیه شده تا راندمان گرمایش را بالا ببرد.افزون بر آن، مدیریت حرارتی فعال به خودرو اجازه می‌دهد شارژ سریع‌تری داشته باشد. در هنگام شارژر سریع DC، جریان شدیدی وارد باتری می‌شود که می‌تواند آن را گرم کند. سیستم کنترل دما با خنک‌سازی سلول‌ها طی شارژ، امکان حفظ سرعت شارژ بالا را برای مدت طولانی‌تر فراهم می‌کند بدون آنکه باتری بیش از حد داغ شود.
برخی خودروها حتی پیش از رسیدن به ایستگاه شارژ سریع، به صورت خودکار باتری را به دمای مطلوب می‌رسانند (پیش‌گرمایش در هوای سرد یا پیش‌خنک‌سازی در هوای گرم) تا فرآیند شارژ در بهترین شرایط انجام گیرد. تمام این تدابیر موجب شده است که خودروهای برقی امروزی نه تنها در شرایط معمول، بلکه در شرایط محیطی سخت (زمستان و تابستان شدید) نیز عملکرد قابل اعتمادی از نظر برد و ایمنی داشته باشند.

پیشنهاد مطالعه: آیا خودروهای برقی گیربکس دارند؟

فناوری‌های شارژ سریع و شارژ بی‌سیم

زمان شارژ یکی از دغدغه‌های اصلی در خودروهای برقی است و فناوری به سرعت در جهت کاستن از این زمان پیش می‌رود. امروزه با گسترش ایستگاه‌های شارژ سریع DC، خودروهای برقی می‌توانند در مدت زمانی نسبتاً کوتاه انرژی قابل توجهی دریافت کنند. بسیاری از خودروهای جدید از سیستم برق ۸۰۰ ولتی استفاده می‌کنند که امکان شارژ با توان بسیار بالا (بالاتر از ۲۵۰ کیلووات) را فراهم می‌کند. برای مثال، خودروی هیوندای آیونیک ۵ با معماری 800V قادر است تنها در ۱۸ دقیقه از ۱۰٪ به ۸۰٪ ظرفیت باتری شارژ شود.
در یک آزمایش عملی نیز آیونیک ۵ توانست در همین مدت حدود ۱۸۰ مایل (۲۹۰ کیلومتر) برد را بازیابی کند. این سرعت شارژ چشمگیر به لطف پذیرش توان حدود ２００+ کیلووات توسط باتری این خودروست.
به طور مشابه، پورشه تایکان (و آئودی e-tron GT) با سیستم 800V می‌تواند تا توان ۲۷۰ کیلووات شارژ شود و در عرض حدود ۲۲ دقیقه از ۵٪ به ۸۰٪ برسد. افزون بر ولتاژ بالاتر باتری، استفاده از سلول‌های پیشرفته‌تر که امکان شارژ سریع دارند (مانند ترکیب شیمیایی جدید یا خنک‌سازی بهبودیافته) نیز مؤثر است.

شبکه‌های شارژ عمومی نیز به موازات خودروها ارتقاء یافته‌اند؛ هم‌اکنون ایستگاه‌هایی با خروجی ۳۵۰ کیلووات (استاندارد CCS) در اروپا و آمریکا فعالند و شرکت‌هایی نظیر ChargePoint و Ionity از توسعه شارژرهای ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات خبر می‌دهند.
هرچند هنوز خودرویی نیست که بتواند با ۵۰۰ کیلووات شارژ شود، اما ایجاد این زیرساخت، آینده‌نگری برای نسل بعدی باتری‌ها محسوب می‌شود.
تصویر زیر نمونه‌ای از ایستگاه‌های جدید مرسدس-بنز را نشان می‌دهد که توان ۴۰۰ کیلووات را عرضه می‌کنند، در حالی‌که فعلاً سقف پذیرش خودروهای سواری حدود ۲۷۰-۳۵۰ کیلووات است.

در کنار سرعت شارژ، راحتی فرایند شارژ نیز مورد توجه قرار گرفته است. یکی از تکنولوژی‌های نوظهور در این زمینه، شارژ بی‌سیم (Wireless Charging) است. ایده‌ی اصلی، شبیه شارژرهای القایی تلفن همراه، استفاده از میدان مغناطیسی برای انتقال انرژی میان پد شارژ کف پارکینگ و گیرنده‌ی متصل به خودرو است، بدون نیاز به کابل. پروژه‌های پایلوت متعددی برای سنجش کارایی شارژ بی‌سیم خودرو انجام شده است. برای مثال، در شهر اسلو پایتخت نروژ، از سال ۲۰۲۰ تاکسی‌های برقی جگوار I-PACE به سیستم شارژ القایی تجهیز شده‌اند.
در ایستگاه‌های تاکسی این شهر، پدهای شارژ به توان ۵۰ تا ۷۵ کیلووات در کف زمین نصب شده و تاکسی‌ها هنگام توقف در صف انتظار مسافر، به صورت خودکار روی این پدها شارژ می‌شوند. هر بار توقف کوتاه (۶-۸ دقیقه) مقداری انرژی به باتری منتقل می‌کند و با شارژهای پیاپی در طی روز، تاکسی همیشه شارژ کافی برای کار مداوم خواهد داشت.
این سیستم بدون هیچ اتصال فیزیکی و به طور کاملاً خودکار عمل می‌کند و راننده را از زحمت وصل کردن کابل در هر نوبت بی‌نیاز می‌سازد.
شرکت Momentum Dynamics که این فناوری را تأمین کرده، اعلام نموده بازده انتقال انرژی بالاست و در هر شرایط آب‌وهوایی (برف، باران) قابل اطمینان است.

گذشته از پروژه‌های شهری، خودروسازان نیز به فکر تجاری‌سازی شارژ بی‌سیم خانگی هستند. ب‌ام‌و یک سیستم شارژ القایی ۳.۲ کیلوواتی را به طور آپشنال برای خودروی پلاگین هیبریدی 530e ارائه کرد که مالک می‌توانست یک پد در پارکینگ نصب کرده و خودرو را شب‌هنگام با پارک روی آن شارژ کند.

شرکت‌های دیگری مانند مرسدس-بنز و جنسیس نیز اعلام کرده‌اند روی فناوری شارژ بی‌سیم کار می‌کنند تا در آینده نزدیک به مشتریان عرضه شود. هرچند شارژ القایی خانگی با توان متوسط (۳ تا ۱۱ کیلووات) به سرعت شارژ با کابل نمی‌رسد، اما سهولت استفاده (عدم نیاز به دست زدن به کابل) می‌تواند مورد پسند بسیاری از کاربران باشد. انتظار می‌رود با بهبود بازده و استانداردسازی این فناوری، در سال‌های آینده شارژرهای بی‌سیم به عنوان یکی از امکانات خودروهای برقی مطرح شوند. در مجموع، آینده‌ی زیرساخت شارژ خودروهای برقی در دو کلمه خلاصه می‌شود: سریع‌تر و بی‌دردسرتر.

پیشنهاد مطالعه: کیا کارنیوال هیبرید ۲۰۲۵: بررسی کامل و جامع از یک مینی‌ون بی‌رقیب

سیستم‌های ارتباطی هوشمند خودرو با زیرساخت (V2X)

ارتباط Vehicle-to-Everything یا به اختصار V2X به فناوری‌ای اطلاق می‌شود که در آن خودرو با محیط اطراف خود ارتباط داده‌ای برقرار می‌کند – خواه با خودروهای دیگر (V2V: Vehicle-to-Vehicle)، با زیرساخت‌های شهری مانند چراغ‌های راهنمایی (V2I: Vehicle-to-Infrastructure)، با عابران (V2P: Vehicle-to-Pedestrian) یا حتی با شبکه برق (V2G: Vehicle-to-Grid). هدف اصلی V2X افزایش ایمنی، بهبود مدیریت ترافیک و فراهم کردن خدمات هوشمند جدید است.

خودروهای برقی به دلیل الکترونیکی بودن کامل و داشتن سیستم‌های ارتباطی پیشرفته، آماده‌ی بهره‌گیری از V2X هستند و برخی حتی هم‌اکنون از مزایای ابتدایی آن بهره می‌برند.یکی از کاربردهای جذاب V2X، دریافت اطلاعات لحظه‌ای از چراغ‌های راهنمایی است. برای مثال، آئودی در مدل‌های مجهز به Car-to-X خود قابلیت “Traffic Light Information” را ارائه کرده که زمان باقی‌مانده تا تغییر رنگ چراغ راهنما را به راننده نمایش می‌دهد.

خودرو از طریق ارتباط اینترنتی با سرور مرکزی مدیریت ترافیک شهری، زمان‌بندی چراغ بعدی را دریافت کرده و مثلاً در پشت چراغ قرمز، روی صفحه نشان می‌دهد که چند ثانیه به سبز شدن مانده است. این ویژگی علاوه بر راحتی راننده، می‌تواند به صرفه‌جویی انرژی کمک کند (مثلاً خودرو زودتر سیستم Stop-Start را فعال کند).

نمونه دیگر، پروژه‌های گذرگاه هوشمند است که در آن خودرو و چراغ راهنمایی باهم تعامل می‌کنند تا در صورت نزدیک شدن خودروی امدادی (آمبولانس یا آتش‌نشانی)، چراغ‌ها مسیر را برای آن باز کنند.

یکی از پیشگامان عملی V2X در سطح خودروهای تولیدی، فولکس‌واگن است. نسل هشتم فولکس‌واگن گلف (Golf 8) که در سال ۲۰۱۹ معرفی شد، نخستین خودروی در کلاس خود بود که ارتباط Car2X را به‌صورت استاندارد دارا بود​.
فولکس‌واگن از فناوری WLANp/ITS-G5 (استاندارد ۸۰۲.11p) بهره می‌گیرد که ارتباط مستقیم خودرو-با-خودرو و خودرو-با-زیرساخت را در باند ۵.9GHz و با برد حدود ۱۵۰ متر در محیط شهری فراهم می‌کند​.
مزیت ارتباط مستقیم این است که به شبکه مخابراتی وابسته نیست و تأخیر بسیار ناچیزی (چند میلی‌ثانیه) دارد​.
گلف و خودروهای مجهز به این تکنولوژی می‌توانند پیام‌های هشدار ایمنی را به یکدیگر مخابره کنند؛ مثلاً اگر خودرویی تصادف کرد یا به طور ناگهانی ترمز شدید گرفت، پیامی به شعاع اطراف ارسال می‌کند و دیگر خودروهای مجهز، آن هشدار را دریافت کرده و به راننده نمایش می‌دهند​.
همچنین اطلاعاتی مانند حضور خودروهای امدادی، بسته شدن لاین جاده یا یخ‌زدگی سطح مسیر می‌تواند از طریق زیرساخت یا خودروهای جلوتر مخابره شده و به خودروهای عقبی برسد​.
بدین ترتیب رانندگان از خطرات پیش رو قبل از رویت مستقیم آگاه می‌شوند. این سیستم در اروپا توسط فولکس‌واگن در حال گسترش به سایر مدل‌ها (نظیر ID.3 و ID.4 برقی) است​. مثال دیگر در آمریکای شمالی، کادیلاک CTS 2017 بود که به یک سیستم V2V مجهز بود و موقعیت، سرعت و جهت حرکت خود را ۱۰ بار در ثانیه مخابره می‌کرد تا خودروهای پشت سر (البته فقط کادیلاک‌های دیگر) از وضعیت آن باخبر شوند​
اگرچه به دلیل محدود بودن تعداد خودروهای مجهز، این ویژگی در آن زمان کاربرد عملی گسترده‌ای نیافت​، اما قدمی نخستین در این زمینه بود. با پیدایش فناوری‌های ارتباطی نوین مانند 5G و C-V2X (Cellular V2X)، چشم‌انداز ارتباط خودروها بسیار گسترده‌تر می‌شود. در C-V2X از شبکه‌ی موبایل برای ارتباطات برد بلند استفاده می‌شود که می‌تواند برد کیلومتری و توان پوشش تعداد بالای خودرو در مناطق متراکم شهری را داشته باشد​.
کشور چین برنامه دارد تا سال‌های آتی اکثر خودروهای جدید (به ویژه برقی) را به تراشه‌های C-V2X مجهز کند تا خدماتی مانند هشدار تصادف، مدیریت هوشمند چراغ‌ها و حتی کاروان‌های خودران میسر شود. در اروپا نیز پروژه‌هایی برای یکپارچه‌سازی اطلاعات ترافیکی از طریق V2X در حال انجام است.به طور کلی، سیستم‌های ارتباطی هوشمند V2X نویدبخش افزایش ایمنی و روانی ترافیک برای خودروهای برقی آینده هستند.

خودروهای برقی هوشمند می‌توانند قبل از دیدن خطر، از آن مطلع شوند یا قبل از رسیدن به چهارراه، زمان‌بندی چراغ را بدانند. هرچه تعداد خودروهای مجهز به این فناوری بیشتر شود، اثر شبکه‌ای آن قوی‌تر خواهد شد. ترکیب خودروهای برقی خودران با ارتباط V2X در آینده می‌تواند به شهری منجر شود که خودروها بدون تصادف و بدون اتلاف وقت، هماهنگ باهم حرکت کنند. هرچند هنوز مسیر زیادی تا تحقق کامل این چشم‌انداز باقی است، اما گام‌های اولیه آن همین امروز با مدل‌هایی مانند VW Golf جدید و سیستم‌های ارتباطی شهری برداشته شده است.

جمع بندی

خودروهای برقی نوین صرفاً جایگزینی برای موتورهای درون‌سوز نیستند، بلکه به نوعی کامپیوترهای چرخ‌دار پیشرفته محسوب می‌شوند که مجموعه‌ای از جدیدترین فناوری‌های دنیا را یک‌جا دارند. از موتورهای بهینه‌شده با مواد و طراحی‌های نوین گرفته تا باتری‌هایی با ساختار و شیمی پیشرفته، از سیستم‌های بازیابی انرژی گرفته تا هوش مصنوعی رانندگی و ارتباطات V2X – همگی دست به دست هم داده‌اند تا نسل تازه‌ای از خودرو شکل گیرد که پاک‌تر، کارآمدتر، ایمن‌تر و هوشمندتر از گذشته است.

به عنوان نمونه، خودرویی چون مرسدس EQS را در نظر بگیرید: پیشرانه‌ی تمام برقی با موتورهای سنکرون آهنربادائم، باتری بزرگ با مدیریت حرارتی پیشرفته، برد بیش از ۷۰۰ کیلومتر، شارژ فوق‌سریع ۲۰ دقیقه‌ای، سطح ۳ خودران، و ارتباط آنلاین با زیرساخت شهری. این مشخصات که چندی پیش رویایی بیش نبودند، اکنون به واقعیت پیوسته‌اند.

با سرعت پیشرفت کنونی، در دهه‌ی پیش رو شاهد خودروهای برقی خواهیم بود که حتی از این نیز فراتر رفته و فصل تازه‌ای در صنعت حمل‌ونقل رقم خواهند زد.

منابع:

Lambert, F. Tesla Model 3 teardown gives incredible look at the electric powertrain. Electrek, 2018​
FUTUREBRIDGE.COM,ELECTREK.CO
Emerging Electric Motor Technologies for the EV Market. FutureBridge, 2022​
FUTUREBRIDGE.COM
​Silicon Carbide is Shaping the Future of Electric Vehicles. Knowledge Sourcing, 2024​
KNOWLEDGE-SOURCING.COM
Johnson, P. Toyota’s all-solid-state EV batteries just got a lift. Electrek, 2025​
ELECTREK.CO
​Nedelea, A. Toyota’s Solid-State Battery Production Plans Approved. InsideEVs, 2024​
INSIDEEVS.COM
Johnson, P. NIO’s semi-solid state 150 kWh battery. Electrek, 2024​
ELECTREK.CO
​Najman, L. Why We’re Excited about LFP Batteries. Recurrent Auto, 2024​
RECURRENTAUTO.COM
​Crosse, J. Regenerative braking in electric cars explained. Electrifying, 2024​
ELECTRIFYING.COM
​How efficient is regen braking? r/BoltEV (Reddit)​
REDDIT.COM
Scherr, E. Mercedes Drive Pilot: first Level 3 system. Car and Driver, 2023​
CARANDDRIVER.COM
​PCMag News. Waymo’s Jaguar EV Robotaxis Coming to Uber. 2024​
PCMAG.COM
How AI is making EVs safer and more efficient. IBM Blog, 2024​
IBM.COM
​The Impact of Efficient EV Battery Thermal Management. Neural Concept Blog​
NEURALCONCEPT.COM
​Garberson, A. Best EVs for Winter & Cold Weather. Recurrent Auto, 2025​
RECURRENTAUTO.COM
Voelcker, J. Mercedes Station Offers 400-kW Fast-Charging. Car and Driver, 2023​
CARANDDRIVER.COM
​Halvorson, B. Tested: Hyundai Ioniq 5 fast charging. EV Pulse, 2022​
EVPULSE.COM
Jaguar I-PACE taxis on world’s first wireless charging rank. Jaguar Land Rover News, 2020​
MEDIA.JAGUARLANDROVER.COM
Davies, C. VW Golf 8 Could Make Car2X Mass-Market. SlashGear, 2020​
SLASHGEAR.COM