Silnik w samochodzie elektrycznym nie generuje ciepła, dlatego w pojazdach EV muszą być stosowane specjalnie zaprojektowane układy ogrzewania i chłodzenia. Zachowanie odpowiedniej temperatury w kabinie zimą to nie tylko kwestia komfortu jazdy, lecz przede wszystkim bezpieczeństwa, gdyż szyby nie mogą być zaparowane ani zaszronione. Warto poznać zasadę działania układu klimatyzacji, aby korzystać z niej w optymalny sposób.
Zasada działania klimatyzacji w samochodzie
System klimatyzacji działa w powiązaniu z układem ogrzewania w samochodzie i odpowiada nie tylko za chłodzenie wnętrza latem, lecz także nadmuch ciepłego powietrza zimą. Wspólnym elementem obydwu układów jest czynnik chłodniczy, który w zależności od trybu pracy odbiera ciepło od nagrzewnicy lub jest schładzany w chłodnicy. Obieg czynnika pod wysokim ciśnieniem nawet do 17 barów wymusza kompresor napędzany paskiem wieloklinowym, który z kolei przenosi napęd z koła pasowego na wale korbowym silnika. W układzie chłodzenia czynnik chłodniczy trafia do skraplacza schładzanego pędem powietrza lub wentylatorem i przechodzi ze stanu gazowego w ciekły. Stąd ciecz jest transportowana do osuszacza, a następnie zaworu rozprężnego, gdzie przechodzi w gaz o temperaturze -4 °C. Następnie schładza parownik, przez który przepływa powietrze nadmuchiwane do kabiny. Natomiast w trybie ogrzewania ten sam czynnik odbiera ciepło z silnika i przekazuje je do nagrzewnicy, która ogrzewa przepływające przez nią powietrze. Za nadmuch schłodzonego lub ogrzanego powietrza do kabiny odpowiada wentylator napędzany silnikiem. Wiedząc, jak działa klimatyzacja w samochodzie spalinowym, łatwiej jest zrozumieć zasadę działania tego układu w samochodach elektrycznych.
Jak ogrzać wnętrze samochodu elektrycznego?
Włączone ogrzewanie w samochodzie zwiększa zapotrzebowanie na energię potrzebną do zasilania sprężarki, co w przypadku samochodów elektrycznych wiąże się z szybszym rozładowaniem baterii. Zważywszy na małą liczbę szybkich ładowarek i wydłużony czas ładowania baterii w niskich temperaturach, samochody typu BEV wydają się być dobrą opcją tylko na przejazdy w mieście i to pod warunkiem posiadania własnego punktu ładowania w domu. Istnieją jednak sposoby, by zredukować zużycie energii elektrycznej przez pojazdy elektryczne i samochody hybrydowe zimą. Po pierwsze, należy wstępnie ogrzać wnętrze samochodu jeszcze przed wyruszeniem w trasę. Najlepiej podłączyć go do ładowarki, a jeśli nie ma takiej możliwości – ustawić w nasłonecznionym miejscu. Po drugie, podczas jazdy warto włączyć tryb ekonomiczny zmniejszający do minimum pobór energii przez poszczególne układy. Jeśli samochód jest wyposażony w podgrzewane fotele i kierownicę, można ustawić temperaturę wnętrza na najniższy poziom lub zdecydować się na brak ogrzewania w samochodzie. Zużycie energii na ogrzewanie wnętrza zależy jednak nie tylko od umiejętnego gospodarowania energią, prędkości jazdy i temperatury pracy baterii, ale także rodzaju ogrzewania i odpowiedniej izolacji wnętrza samochodu.
Zastosowanie grzałki ciepła z wentylatorem
Istnieje kilka różnych rodzajów ogrzewania w samochodach elektrycznych, jednak najczęstszym z nich jest elektryczna grzałka ciepła połączona z dmuchawą. Choć moc takich grzałek jest przeważnie niewielka, bo wynosi zaledwie 2 do 4 kW, w ujemnych temperaturach bardzo przyspieszają one proces rozładowania się baterii. Sprawdzono nawet w praktyce, ile wytrzymuje akumulator w samochodzie elektrycznym zimą. Testy przeprowadzone przez American Automotive Association pokazały, że w warunkach temperatury poniżej – 7°C średni zasięg samochodu elektrycznego spada nawet o połowę w porównaniu z optymalnymi warunkami 24°C. Problem ten nie występuje w ciepłych warunkach klimatycznych, jednak np. na północy Europy czy Ameryki, gdzie występują niekiedy bardzo surowe zimy, korzystanie z takiego ogrzewania w samochodzie może uniemożliwiać podróżowanie na dłuższych dystansach poza miasto.
Wady i zalety pompy ciepła w samochodzie
Pompa ciepła jest coraz częstszym rodzajem ogrzewania w samochodach elektrycznych. Dzięki odpowiedniemu sprężaniu i rozprężaniu czynnika grzewczego, darmowa energia cieplna pobierana z zewnątrz może posłużyć do ogrzewania kabiny pojazdu. Testy w zimowych warunkach pokazały, że wymaga to zużycia mniejszej ilości energii niż w przypadku tradycyjnego układu z grzałką elektryczną, ale tylko w określonym przedziale temperatur zewnętrznych. W temperaturach od 0 do 10°C pompa ciepła szacunkowo pobiera około 1 kW energii, a więc pozwala zaoszczędzić 1-2 kW na każdą godzinę pracy. Przy niższych temperaturach sytuacja zmienia się na niekorzyść pompy ciepła. Często podkreśla się również, że pompa ciepła jest dobrym rozwiązaniem tylko w przypadku, gdy samochód jest wykorzystywany do jazdy po mieście i posiada baterię o relatywnie niewielkiej pojemności. Jeśli samochód ma pokonywać większe odległości, bardziej opłacalne jest zainwestowanie w model z pojemniejszą baterią i układem opartym o tradycyjną grzałkę oporową.
High Voltage Heater – czym jest i jak działa?
High Voltage Heater (HVH) jest urządzeniem o niewielkich rozmiarach i wadze wynoszącej zaledwie 2,7 kg, a przy tym bardzo wydajnym. W odróżnieniu od pomp ciepła technologia ta opiera się na modelu ogrzewania wodnego zamiast powietrznego. Może służyć zarówno do utrzymywania komfortowej temperatury w kabinie, jak i wstępnego ogrzewania lub chłodzenia silnika trakcyjnego. Ogrzewacz HVH jest przystosowany do pracy w szerokim zakresie napięcia zasilania od 100 do 450 V, zaś jego maksymalna moc grzewcza wynosi aż 7 kW. Wysoka wydajność tego rozwiązania sprawia, że znajduje ono zastosowanie w dużych pojazdach, jak np. ciężarówki czy autobusy. Najczęstszym zastosowaniem tej technologii jest elektryczne ogrzewanie postojowe kabiny kierowcy stosowane w pojazdach ciężarowych, jednak z powodzeniem sprawdza się także w samochodach osobowych. Projektowanie samochodów coraz częściej polega na łączeniu wszystkich tych technologii w różnych kombinacjach, czy też stosowaniu jak najbardziej wszechstronnych rozwiązań, które zapewniają większe korzyści.
Materiały izolacyjne a zasięg samochodu elektrycznego
Bardzo ważnym aspektem z punktu widzenia utrzymywania komfortowej temperatury w kabinie pojazdu jest nie tylko efektywne wytwarzania ciepła lub chłodu, lecz także ich zatrzymanie tam, gdzie są potrzebne. W tym zakresie doskonałe zastosowanie znajdują komponenty samochodowe ze spienionego polipropylenu EPP, który cechuje się doskonałą izolacyjnością cieplną, wytrzymałością na uderzenia i odkształcenia, a przy tym minimalną wagą. Już dziś EPP stało się wiodącym materiałem, który jest szeroko wykorzystywany przez producentów foteli samochodowych. Służy między innymi do wytwarzania wypełnień siedzeń, zagłówków, podłokietników czy paneli drzwi samochodowych, a nawet elementów nadwozia zapewniających pasywne bezpieczeństwo. Doskonała formowalność i właściwości elektryczne tego materiału sprawiły, że znalazł zastosowanie również w produkcji baterii do samochodów elektrycznych. Formowane z niego komponenty baterii chronią wrażliwe ogniwa przed skrajnymi temperaturami, przepięciami oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Tym samym pozwalają zwiększyć zasięg i bezpieczeństwo użytkowania samochodów elektrycznych na wiele sposobów.