Pompa ciepła w aucie elektrycznym

Pompa ciepła w aucie elektrycznym to układ ogrzewania kabiny, który przenosi do wnętrza istniejące ciepło, zamiast wytwarzać je od zera, i należy do najbardziej opłacalnych rozwiązań klimatyzacyjnych we współczesnym samochodzie elektrycznym. Ponieważ auto elektryczne nie ma rozgrzanego silnika spalinowego, z którego dałoby się odzyskać ciepło odpadowe, wczesne pojazdy elektryczne opierały się na grzałce rezystancyjnej, czyli w istocie dużym elemencie grzejnym zamieniającym energię akumulatora wprost na ciepło. Takie rozwiązanie działa, lecz jest rozrzutne, a w chłodne dni potrafi pochłonąć znaczną część akumulatora, drastycznie skracając zasięg dokładnie wtedy, gdy warunki i tak są dla auta niekorzystne.

Pompa ciepła omija to marnotrawstwo, wykorzystując ten sam obieg termodynamiczny co domowa lodówka czy klimatyzacja, tyle że uruchomiony w kierunku grzania. W zamkniętym obiegu krąży czynnik chłodniczy; pobiera on niskotemperaturowe ciepło z powietrza zewnętrznego, z silnika i elektroniki mocy albo z akumulatora, następnie zostaje sprężony, by podnieść swoją temperaturę, oddaje zgromadzone ciepło do kabiny, po czym rozpręża się i cykl zaczyna się od nowa. Kluczowe jest to, że prąd zużywany jest jedynie na napęd sprężarki i pomp, a nie na samo wytwarzanie ciepła, które pozyskiwane jest za darmo z otoczenia.

Właśnie dlatego pompa ciepła jest znacznie sprawniejsza od grzałki rezystancyjnej. Podczas gdy element rezystancyjny dostarcza w najlepszym razie jedną jednostkę ciepła na jedną jednostkę prądu, pompa ciepła oddaje zwykle dwie do trzech jednostek ciepła na każdą zużytą jednostkę prądu, zależnie od warunków. W praktyce przekłada się to na zauważalną poprawę zimowego zasięgu i ogólnej sprawności, często odzyskując znaczącą część zasięgu, którą auto z grzałką rezystancyjną straciłoby w mroźny dzień, oraz ograniczając energię potrzebną na komfort termiczny przez całe chłodniejsze miesiące.

Technologia ta ma jednak swoje granice. Jej przewaga zależy od tego, czy w otoczeniu jest dostępne ciepło do pobrania, więc skuteczność maleje wraz ze spadkiem temperatury; przy ekstremalnym mrozie, daleko poniżej zera, w powietrzu zewnętrznym zostaje już niewiele ciepła i układ zyskuje mniej, czasem sięgając po pomocnicze grzanie rezystancyjne, by nadążyć. Pompa ciepła zwiększa też koszt i złożoność pojazdu, dlatego część producentów montuje ją w standardzie, inni oferują jako opcję, a jeszcze inni rezerwują dla wyższych wersji wyposażenia.

W szerszym ujęciu zarządzania ciepłem pompa rzadko działa w pojedynkę. Coraz częściej jest zintegrowana z układem zarządzania temperaturą akumulatora oraz z funkcjami wstępnego przygotowania, dzieląc ciepło między akumulatorem, silnikiem i kabiną tak, by ciepło odpadowe z jednego podzespołu wykorzystać gdzie indziej. Gdy auto jest podłączone do ładowarki, wstępne przygotowanie potrafi ogrzać kabinę i akumulator prądem z sieci jeszcze przed odjazdem, a pompa ciepła czyni ten proces tańszym i szybszym, współpracując z tymi układami w ochronie zarówno sprawności, jak i rzeczywistego zasięgu w chłodzie.