Tepelné čerpadlo v elektromobilu

Tepelné čerpadlo v elektromobilu je topný systém kabiny, který do vozu přesouvá již existující teplo místo aby ho vytvářel od nuly, a představuje jeden z nejužitečnějších prvků klimatizační techniky v moderním elektromobilu. Protože elektromobil nemá horký motor, z něhož by se dalo využít odpadní teplo, opíraly se rané elektrické vozy o odporové topení, v podstatě velký elektrický článek, který mění energii z baterie přímo na teplo. Takové řešení funguje, ale je rozhazovačné a v chladném počasí dokáže ukousnout citelný díl kapacity baterie a krátit dojezd právě tehdy, kdy už podmínky vozu nepřejí.

Tepelné čerpadlo toto plýtvání obchází tím, že využívá stejný termodynamický cyklus, jaký najdeme v domácí ledničce nebo klimatizaci, jen otočený do režimu vytápění. V uzavřeném okruhu obíhá chladivo; pohlcuje nízkopotenciální teplo z venkovního vzduchu, z motoru a výkonové elektroniky nebo z baterie, poté je stlačeno, čímž se jeho teplota zvýší, a koncentrované teplo předá do kabiny, načež expanduje a cyklus se opakuje. Klíčové je, že se elektřina spotřebovává jen na pohon kompresoru a čerpadel, nikoli na samotnou výrobu tepla, jež se získává zadarmo z okolí.

Proto je tepelné čerpadlo mnohem účinnější než odporové topení. Zatímco odporový článek dodá v nejlepším případě jednu jednotku tepla na každou jednotku elektřiny, tepelné čerpadlo dodá zpravidla dvě až tři jednotky tepla na jednotku spotřebované elektřiny, podle podmínek. V praxi se to projevuje znatelným zlepšením zimního dojezdu a celkové účinnosti, často získává zpět smysluplnou část dojezdu, který by vůz s odporovým topením v mrazivém dni ztratil, a snižuje spotřebu energie na pohodlí v kabině po celé chladnější období.

Tato technika má své meze. Její výhoda závisí na tom, aby v okolí bylo z čeho teplo brát, takže její účinnost klesá s rostoucím mrazem; v extrémním chladu hluboko pod bodem mrazu už ve venkovním vzduchu zbývá málo tepla a systém získá méně, takže si občas musí vypomoci doplňkovým odporovým topením. Tepelné čerpadlo také vůz zdraží a zkomplikuje, a proto je někteří výrobci montují sériově, zatímco jiní jej nabízejí jako příplatek nebo jen ve vyšších výbavách.

V širším pohledu na tepelné hospodářství vozu málokdy pracuje tepelné čerpadlo samostatně. Stále častěji bývá propojeno se systémem temperace baterie a s funkcemi předehřevu, sdílí teplo mezi baterií, motorem a kabinou tak, aby odpadní teplo z jednoho prvku posloužilo jinde. Když je vůz připojen do sítě, dokáže předehřev vytemperovat kabinu i baterii ještě před odjezdem z elektřiny ze sítě a tepelné čerpadlo tento proces zlevňuje a zrychluje, takže společně s těmito systémy chrání účinnost i reálný dojezd v chladu.