Le sfide del riscaldamento di un BEV

La maggior parte degli acquirenti di auto nuove probabilmente non mostra molto interesse per il sistema di riscaldamento di un veicolo prima dell'acquisto. È semplicemente qualcosa che c'è, ci si aspetta che sia utile e non visto come un punto di differenziazione.

Con la crescente popolarità dei veicoli elettrici a batteria (BEV), tuttavia, la situazione potrebbe cambiare, poiché il sistema di riscaldamento convenzionale, così come lo conosciamo, non esiste più nei BEV. E ciò che esiste può avere un effetto molto maggiore sul livello di soddisfazione generale dell'acquirente di quanto si aspetti.

Perché la differenza? Perché la fonte di calore in un veicolo convenzionale, il calore disperso del motore, semplicemente non esiste in un BEV.

Con un sistema di riscaldamento convenzionale, utilizzato da quando è stato introdotto dalla Cadillac nel 1926, il calore viene trasferito dal motore a un liquido (acqua/antigelo). Quel liquido circola attraverso un sistema chiuso che include un nucleo riscaldante (piccolo radiatore), attraverso il quale l'aria viene convogliata nell'abitacolo, ottenendo calore dal nucleo.

Un ventilatore aiuta a forzare l'aria calda dentro e intorno all'interno per riscaldare gli occupanti, oltre a disappannare/sbrinare i finestrini.

Il punto chiave è che, senza un motore, un BEV semplicemente non ha a disposizione quella grande fonte di calore “gratuito”.

C'è un po' di calore generato dalle batterie, più un po' dall'elettronica di potenza, e alcune case automobilistiche stanno trasferendo quel calore nel flusso d'aria: ogni piccolo aiuto. Ma non è nemmeno lontanamente sufficiente a sostituire ciò che normalmente sarebbe disponibile in un motore.

La soluzione ovvia adottata da molti è quella di sostituire il nucleo del riscaldatore con un elemento riscaldante elettrico resistivo, come quello di un vecchio riscaldatore elettrico.

Invece di una semplice bobina di filo resistivo, tuttavia, il sistema moderno utilizza un elemento riscaldante PTC (coefficiente di temperatura positivo) autoregolante con protezione intrinseca contro il surriscaldamento.

Il resto del sistema di riscaldamento può rimanere più o meno lo stesso e il calore istantaneo proveniente dall'elemento riscaldante elettrico fa sì che l'interno possa riscaldarsi ancora più rapidamente rispetto al riscaldamento graduale di un motore.

Il problema con questa soluzione è che l’unica fonte di alimentazione per il riscaldatore elettrico è la stessa utilizzata per azionare il veicolo: la batteria. Quindi ogni watt di potenza utilizzato per il riscaldamento non è disponibile per la guida. Questo è uno dei motivi per cui l’autonomia dei BEV tende a ridursi drasticamente a basse temperature ambiente.

Un’altra alternativa, introdotta da Nissan con la Leaf del 2012 e ora impiegata in diversi BEV e PHEV, è l’uso di una pompa di calore reversibile, ovvero un sistema di climatizzazione che può essere azionato al contrario.

In termini semplici, una pompa di calore trasferisce energia dall’aria esterna a un refrigerante tramite un evaporatore esterno, anche quando fuori fa freddo, quindi comprime il refrigerante, che lo riscalda, e rilascia quel calore nell’abitacolo tramite un condensatore interno. .

Le complessità legate alla reversibilità di un sistema HVAC affinché funzioni sia come AC che come pompa di calore sono considerevoli e di conseguenza costose. Ma numerosi test pubblicati confermano che è efficace almeno quanto il riscaldamento resistivo e riduce l’impatto negativo sull’autonomia.

Esiste tuttavia una limitazione. L’efficienza di una pompa di calore diminuisce al diminuire della temperatura esterna. Sebbene possa essere molto efficace a 0°C, lo è molto meno a -20°C e raggiunge il suo limite pratico a circa -30°C. Che, sfortunatamente, è una temperatura non insolita in gran parte del Canada. Quindi anche una pompa di calore necessita in casi estremi di una fonte di calore aggiuntiva.

Qualunque sia il sistema principale utilizzato, l'obiettivo finale di raggiungere il comfort dei passeggeri può essere aiutato con mezzi alternativi come concentrare il calore su aree specifiche del corpo. A tal fine, sedili e volanti riscaldati sono già ampiamente utilizzati.

Facendo un ulteriore passo avanti, Toyota è la prima casa automobilistica a utilizzare il riscaldamento radiante in un veicolo di produzione, diretto alla parte inferiore delle gambe e ai piedi del conducente e del passeggero anteriore nei modelli bZ4x di livello superiore.