Jak działa ogrzewanie w samochodach elektrycznych?

Silniki samochodów elektrycznych prawie nie wytwarzają ciepła podczas pracy. Tym samym układ ogrzewania kabiny musi działać inaczej niż w przypadku samochodów z napędem spalinowym. Czyli jak?

Sposobów ogrzewania aut elektrycznych jest kilka. Okazuje się jednak, że wciąż nie ma rozwiązania idealnego. Auta elektryczne różnią się konstrukcyjnie od tych z napędem konwencjonalnym, w których za ciepło odpowiada nagrzewnica włączona w obieg cieczy chłodzącej silnika.

Najistotniejsze jest, by osiągnąć zmniejszenie poboru energii z akumulatorów podczas ogrzewania, przy jednoczesnym zachowania wydajności nagrzewnic. To nie tylko wpłynie na większy zasięg auta elektrycznego, ale też na komfort podróżowania.

Nie jest tajemnicą, że przy ujemnych temperaturach wydajność współcześnie stosowanych systemów grzewczych nie jest najlepsza, w szczególności jak porówna się ją z autami posiadającymi klasyczny układ napędowy.

Zobacz wideo Kierowca wjechał pod rozpędzony pociąg. Cudem wyszedł z tego bez większego szwanku
W samochodach z silnikami spalinowymi od lat systemy ogrzewania korzystały z procesu spalania, tzn. odbierając ciepło z silnika przekazywały je do kabiny pasażerskiej. Najłatwiejszym do realizacji ogrzewania medium jest ciecz chłodząca, choć ogrzewanie kabiny realizowano także w przypadku silników chłodzonych w sposób bezpośredni (powietrzem). W przypadku samochodów trzeba pamiętać, iż ogrzewanie oprócz komfortu zapewnia wraz z filtrami kabinowymi bezpieczeństwo (np. poprzez odparowywanie szyb). W przypadku pojazdów z silnikami elektrycznymi również mogą pojawiać się układy chłodzenia (silnika, baterii), natomiast w zimnym klimacie mogą one być nie wystarczające do ogrzania wnętrza, a w czasie eksploatacji miejskiej wręcz zupełnie bezużyteczne.

– komentuje Mateusz Bednarski ekspert techniczny marki KAMOKA.

Aby zapewnić ogrzewanie w aucie zasilanym z gniazdka stosuje się różne rozwiązania. Wśród nich można wymienić m.in. grzałkę ciepła z dmuchawą, pompę ciepła czy HVH (ang. High Voltage Heater).

Moc grzałek przeważnie wynosi 2–4 kW. Ale testy American Automobile Association wykazały, że poniżej temperatury -7 st. Celsjusza średni zasięg, w każdych warunkach drogowych, spada nawet o połowę w porównaniu z jazdą w temperaturze ok. 24 st. Celsjusza.

Ogrzewanie w samochodach elektrycznych - nie tylko grzałki

Wiele aut elektrycznych wyposażonych jest też w układ tradycyjnych sprężarek napędzanych elektrycznie. Wykorzystywane jest przy tym zjawisko odkryte przez Jeana Peltierowa mniej więcej 185 lat temu.

Chodzi o to, że pod wpływem przepływu prądu na granicy dwóch odpowiednio dobranych półprzewodników można wywołać pochłanianie energii po jednej stronie i jej oddawanie po drugiej. Problem w tym, że ten układ wymaga wykorzystania takich pierwiastków jak: bizmut, selen czy antymon. Są to drogie pierwiastki.

Szybki rozwój technologii w przypadku pojazdów elektrycznych, spowodował też postęp w technikach ogrzewania i chłodzenia pojazdów. W wielu autach na początku montowano system klimatyzacji o tradycyjnej zasadzie działania – sprężarka napędzana elektrycznie, silnik na wysokie napięcie z baterii trakcyjnej), a za ogrzewanie odpowiadały grzałki elektryczne, również zasilane napięciem. Z czasem producenci przerzucili się na pompy ciepła, a niektórzy z nich wykorzystują je równolegle z grzałkami oporowymi.

Zerowa emisyjność pojazdów elektrycznych wyklucza zastosowanie ogrzewania wykorzystującego np. paliwo płynne jak jest to stosowane np. w ogrzewaniach postojowych, stąd poszukiwane są inne rozwiązania. W dzisiejszych samochodach najczęściej montuje się ogrzewanie/chłodzenie elektryczne, które niestety przyspiesza proces rozładowywania akumulatorów, co ogranicza zasięg pojazdu elektrycznego, zarówno w okresie zimowym jak i letnim. Ostatnim wcieleniem elektrycznych układów ogrzewania są układy wykorzystujące grzałki wysokonapięciowe.

– dodaje Mateusz Bednarski.

Jeszcze innym rozwiązaniem stosowanym do ogrzewania kabon aut elektrycznych jest wspomniane wcześniej HDH (ang. High Voltage Heater). Jest to niewielkich rozmiarów urządzenie o dużej wydajności. Składa się z układu grzewczego wraz z elektroniką sterującą, wyposażoną w liczne systemy zabezpieczeń.

Ogrzewacz HVH przystosowany jest do zasilania od 100 do 450 woltów. Jego maksymalna moc grzewcza to 7 kW. Uzyskiwana jest w zakresie 300–450 V, zaś moc 5 kW dostępna jest od napięcia 250 V.

Jest dedykowane zarówno do aut osobowych, jak też autobusów. Jednak w tym drugim przypadku jest bardziej wydajne, ze względu na gabaryty autobusu.

Z tego względu HVH zasilane jest prądem od 100 do 800 woltów, a moc grzewcza to 10 kW. Dodatkowo urządzenia można ze sobą połączyć szeregowo, aby zapewnić wymaganą, maksymalną moc grzewczą wynoszącą 30 kW.