Warum Wärmepumpen für Elektrofahrzeuge bei kaltem Wetter unerlässlich sind

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Wenn Sie ein Elektrofahrzeug (EV) besitzen und in einem kalten Klima leben, sind Sie möglicherweise besorgt über die Ladekapazität im Winter. Aber verzweifeln Sie nicht! Ihr Elektrofahrzeugmodell ist wahrscheinlich mit einer Wärmepumpe ausgestattet, die Elektrofahrzeugen dabei helfen kann, von überall dorthin zu gelangen 3 % bis 15 % des Bereichs– bis zu 50 Meilen – sonst bei kaltem Wetter verloren. Wärmepumpen sind ein wichtiges Instrument zur Erhaltung der Reichweite von Elektrofahrzeugen.

Ein Motor erzeugt im Betrieb Wärme; dass Wärme verschwendete Energie ist. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICE) nutzen diese überschüssige Energie, um die Heizung und Lüftung eines Autos zu betreiben. Da Elektrofahrzeuge jedoch viel effizienter sind, reichen ihre geringen Mengen an verschwendeter Energie nicht aus, um das Lüftungssystem zu unterstützen. Tatsächlich sind Elektrofahrzeuge so effizient, dass dreiviertel Ein Teil ihres Stroms wird für die Bewegung der Räder verwendet. Diese Effizienz stellt jedoch ein Alternativszenario dar, wenn das Wetter bitterkalt wird und gelegentlich Angst vor kalten Klimazonen auslöst.

Letzte Woche stellten einige Besitzer von Elektrofahrzeugen in Chicago fest, dass ihre Batterien bei Minustemperaturen leer waren. Andere Autofahrer beklagten, dass das Laden eines Elektrofahrzeugs an einigen wenigen Tesla-Supercharger-Stationen länger dauerte als üblich. Einige Ladegeräte funktionierten bei Frost überhaupt nicht, sodass Besitzer von Elektrofahrzeugen ihre Elektroautos abschleppen mussten.

Es ist klar, dass relativ neue Elektrofahrer – und vielleicht auch einige erfahrenere Fahrer, die nicht genug aufgepasst haben – eine Grundierung für den Einsatz ihrer Fahrzeuge bei kaltem Wetter brauchten, wie etwa eine Vorkonditionierung und andere Problemumgehungen, um die Reichweite zu erhöhen.

Der Wirkungsgrad eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor ist bei 20 °F im Stadtverkehr etwa 15 % niedriger als bei 30 °C. Bei kurzen Fahrten von 3 bis 4 Meilen kann es auch um bis zu 24 % sinken. Bei gemischten Fahrten in der Stadt und auf der Autobahn sinken die Kosten für Elektrofahrzeuge um 39 %, daher ist es sinnvoll, die Funktionen Ihres Elektrofahrzeugs für Wetterbedingungen wie unsere zu optimieren CleanTechnica Kollege Chris Boylan hat über diese Woche geschrieben.

Ja, Temperaturen unter Null können sich negativ auf die Effizienz eines Elektrofahrzeugs auswirken. Elektrofahrzeuge haben in kalten Klimazonen einen hohen Energieverbrauch für die Beheizung des Fahrgastraums. Bei Kälte kann die Batteriekapazität abnehmen, wodurch sich die durchschnittliche Distanz verringert, die mit einer normalen Ladung zurückgelegt werden kann. Auch das Starten des Elektrofahrzeugs kann bei kaltem Wetter schwieriger werden, da der Energieverbrauch für die Heizung (Das Gleiche gilt auch für die Kühlung bei heißem Wetter) Elektrofahrzeuge führen zu einer Verringerung der Batterieladung und der Fahrleistung, ebenso wie das Hochdrehen der Innenraumheizung.

Elektrofahrzeuge nutzen zum Antrieb ihrer Elektromotoren meist Lithium-Ionen-Batterien. Lithium-Ionen-Akkus sind bei Temperaturen zwischen 50 und 110 Grad Fahrenheit sehr zufrieden, wobei eine allgemein anerkannte Idealtemperatur bei 70 Grad liegt. Bei Minustemperaturen werden Lithiumionen langsamer und können die Energie nicht sehr gut speichern. Daher erbringen sie bei kalten Klimabedingungen im Allgemeinen eine schlechtere Leistung als normal.

Dennoch verfügen viele Elektrofahrzeuge über Wärmepumpen, die Wärme von außerhalb des Fahrzeugs übertragen, um Strom umzuleiten, der andernfalls die Batterie entladen könnte. EV-Wärmepumpen Saugen Sie Luft an, komprimieren Sie sie und nutzen Sie dann die Wärme des Kondensators, um die Temperatur entweder in der Batterie oder im Fahrzeuginnenraum zu erhöhen. Wärmepumpen steigern die Effizienz eines Elektrofahrzeugs, da sie Wärme aus vorhandenen Quellen übertragen, anstatt sie selbst zu erzeugen.

Mehrere EV-Modelle erwärmen ihre Kabine mit Widerstandsheizungen, die Elektrizität nutzen, um Drähte zu erhitzen und dann Luft darüber zu blasen. Dieser Vorgang entzieht der Batterie erhebliche Energie. Mit einer Wärmepumpe ausgestattete Elektrofahrzeuge können den gleichen effizienten Prozess nutzen, der zum Erwärmen des Innenraums zur Vorkonditionierung der Batterie verwendet wird.

Die Leistungszahl (COP) einer Wärmepumpe kann erreichen 3-4 Einheiten Wärme übertragen für jede verbrauchte Einheit Strom. Die Wärmepumpe ist beispielsweise drei- bis viermal effizienter als eine Widerstandsheizung, die 100 % der Energie in Wärme umwandelt. Eine Widerstandsheizung hat einen COP von 1.

Eine Studie der Universität Oxford und des Regulatory Assistance Project nutzte Daten aus sieben Feldstudien in Nordamerika, Asien und Europa, die zeigen, dass Wärmepumpen zwei- bis dreimal so effizient sind wie Verbrennungs- oder Widerstandsheiztechnik, selbst bei Temperaturen deutlich unter 0°C °C (32 °F). Tatsächlich sind sie sogar bei Temperaturen um -30 °C (-22 °F) deutlich leistungsfähiger als ihre auf fossilen Brennstoffen basierenden Konkurrenten.

Welche Elektrofahrzeuge sind mit Wärmepumpen ausgestattet?

Im Jahr 2021 verbesserte Tesla das Model Y durch den Einbau einer neuen Wärmepumpe, was zu einer Effizienzsteigerung von 10 % führte. Der Kühlkreislauf wurde in ein einziges Heiz- und Kühlmanagementsystem für das Fahrzeug integriert, das den Wärmeenergiefluss im gesamten Fahrzeug optimiert. Tesla hat die Heiz- und Kühlsysteme für das Model Y neu gestaltet, um die Ineffizienzen des Heizens und Kühlens mit Strom auszunutzen und die Effizienz der thermischen Systeme des Fahrzeugs zu maximieren.

Elon Musk, CEO von Tesla, erklärte: „Die Lösung, die das HVAC-Team von Tesla gefunden hat, war ein lokaler Heizkreislauf. Das Ding dreht sich also im Grunde einfach selbst hoch und wird lokal heiß, bevor es ein weiteres Ventil öffnet, das dann versucht, die Kabine zu heizen.“

Wärmepumpen sind im Wesentlichen umgekehrt arbeitende Klimaanlagen. Wärmepumpen bringen auch bei Minusgraden warme Luft ins Auto. Noch wichtiger ist, dass Wärmepumpen die Reichweite eines Elektrofahrzeugs erhöhen, da sie die Wärme aus den Batterien speichern.

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Letzte Gedanken zu Wärmepumpen

Als Reaktion auf die existenzielle Krise, die die Klimaverschmutzung mit sich bringt, hat die Elektrifizierung des Individualverkehrs weltweit zugenommen. Elektrofahrzeuge sind eine wichtige Lösung für die Probleme der Umwelt- und Energiesicherheit.

Wärmepumpen werden zunehmend als entscheidende Technologie für die Dekarbonisierung anerkannt. Eine Wärmepumpe, die für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen ausgelegt ist (was nicht bei allen der Fall ist), kann auch bei Außentemperaturen unter Null problemlos funktionieren.

Im Jahr 2022 stiegen die weltweiten Verkäufe von Wärmepumpen um 11 % und markierten damit das zweite Jahr mit zweistelligem Wachstum für die zentrale Technologie beim weltweiten Übergang zu sicherer und nachhaltiger Heizung. US-Verbraucher installierten im Jahr 2022 4 Millionen Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen mit extrem niedrigem CO2-Ausstoß und übertrafen damit erstmals Gasöfen.

Der Staat New York gräbt immer noch Gräben aus, verlegt Pipelines und installiert Geräte, aber anstelle von brennbarem und den Planeten erwärmendes Gas werden diese Rohre Wasser oder andere Flüssigkeiten transportieren, die Wärme aus dem Untergrund – oder von anderen Gebäuden und Quellen im Netzwerk – übertragen. das von Wärmepumpen genutzt werden kann, um Gebäude warm zu halten. Es ist ein Beispiel für eine Anpassung, die die Art und Weise, wie wir Energie nutzen, neu definiert, ebenso wie die Einführung von Wärmepumpen in vielen Elektrofahrzeugmodellen in den letzten Jahren.