Vytápění elektromobilu naftovým topením a jeho srovnání s alternativami v zimních podmínkách

Na internetu se často spekuluje o tom, co se stane s elektromobilem, který bude nucen stát v zimě na vysočinské části D1 v koloně. Nebo například v Alpách... My jsme to za vás vyzkoušeli. Někteří tvrdí, že elektromobil nevydrží topit celou dobu stání v koloně a když se ostatní fosilní vozidla kolem rozjedou, elektromobily zůstanou bez nabité baterie stát na dálnici a budou blokovat provoz.

První zkouškou byla simulace uvíznutí zapůjčeného elektromobilu Škoda Enyaq s 80kWh baterií v koloně. Venku v tu dobu byla teplota -1 °C a lehce sněžilo. Začali jsme tedy tradičně cestou na nabíjecí stanici, kde jsme auto částečně dobili a přitom vytopili na 20 °C. Od nabíjecí stanice jsme se vydali na dálnici a po ní jsme ujeli 55 km při nastaveném topení v autě na 20 °C. Následně jsme sjeli z dálnice na okresní silnici, po které jsme ujeli dalších 11 km a zastavili auto na soukromé zahradě, abychom mohli vůz zajistit proti rozjetí a zařadit neutrál. Výsledkem hodinového vytápění stojícího vozidla je snížení stavu baterie Enyaqu z původních 54 % na 52 %. Tedy hodinové topení pomocí tepelného čerpadla sebralo 2 % kapacity baterie. Při reálné použitelné kapacitě baterie 77 kWh to představuje 1,54 kWh.

Nebyl by to však pořádný test o topení, kdybychom neotestovali i možnost předehřátí auta před samotnou jízdou. Tedy využití klasického elektrického „bufíku“. V tomto případě jsme měli ještě extrémnější klimatické podmínky, jelikož jsme auto vzali do jižních Čech. Po dojetí na místo jsme měli kapacitu baterie 74 %. Venkovní noční teplota tam tehdy klesla k -5 °C a nezávislé topení v autě jsme nastavili na 19 °C, kdy tato hodnota měla být v 8 hodin ráno. Když jsme se ráno dostavili k vozu, opravdu byl předehřát na požadovanou teplotu, všechna skla byla hezky rozmražena a kapacita baterie klesla na 71 %. Nezávislé topení tedy za dobu cca 40 minut sebralo 3 % z baterie, což je 2,31 kWh. Spotřeba je tak vyšší než v případě topení při stání v koloně, a to z toho důvodu, že na vytopení vymrzlého auta je logicky potřeba mnohem více energie, než na pouhé udržení již dosažené teploty, jako tomu je při stání v koloně.

Tepelný management elektromobilů - proč to řešit

Nové modely ŠKODA od platformy MQB37 přinášejí nečekané možnosti i pro topnou soustavu. Řídicí jednotka u nejmodernějších vozů navíc bude dostávat informaci o počtu pasažérů podle zapnutých bezpečnostních pásů, čímž lze dosáhnout větší efektivity při vytápění i chlazení. Elektromobily zase dostanou nový systém topení, který využívá ohřívací jednotku podobnou té u současných naftových motorů, pouze výkonnější. Výhodou je i absence dalšího média sloužícího k ohřevu, jímž je u vozů se spalovacími motory voda. Není tedy pravda, že elektromobily netopí, naopak topí lépe a rychleji než vozy se spalovacím motorem. Zdroj tepla však představuje významný odběr z palubních akumulátorů, a tak je potřeba s teplem zacházet efektivně.

V testu propadla Tesla Model Y, Renault Zoe a VW e-Up!. V zimě klesá dojezd bateriovým automobilům klidně na polovinu, především kvůli nutnosti vytápění. Kvůli vysoké účinnosti elektrického pohonu vzniká odpadního tepla málo, a tak jako zdroj slouží elektrická energie primárně určená pro pohon vozu. S teplem je proto nutné v zájmu zachování dojezdu šetřit a do hry se dostávají oblasti, jaké se u automobilů se spalovacími motory příliš řešit nemusely. Právě na té by měli výrobci více zapracovat. Alespoň takový je jeden ze závěrů testu sedmi elektromobilů, který podnikl ADAC.

Typy ohřívačů a technologie pro elektromobily

Co je to tepelný management pro automobily? Nejprve si pojďme vysvětlit, co je to tepelný management. Tepelný management označuje dynamické řízení tepla uvnitř vozu, jehož cílem je v zimě zvýšit teplotu v kabině a v létě ji snížit. Tepelný management efektivně řídí teplo celého vozidla, včetně vytápění a chlazení motoru, baterie, elektromotoru a elektronických řídicích součástí, jakož i prostoru pro cestující.

Typy elektrických ohřívačů automobilů se dělí podle topného média na ohřívače vzduchu a ohřívače vody. Elektrické ohřívače prostor jsou druh topení, které vyhřívá kokpit elektromobilu; hlavní funkcí je dodávat teplo do kokpitu, aby v něm byla správná teplota. PTC ohřívač chladicí kapaliny ohřívá hlavně klimatizaci elektromobilu. V létě klimatizace snižuje teplotu kokpitu i baterie; v zimě ohřívá kokpit a bateriový blok prostřednictvím klimatizace, aby se udržovala správná teplota.

PTC ohřívače vzduchu a kapalinné PTC ohřívače mají dvě varianty: ohřívač vzduchu (přímé vyhřívání prostoru) a ohřívač kapaliny (ohřívání chladicího okruhu). Dále lze rozdělit tepelné systémy na šest typů technologií: elektrické vytápění, vytápění naftou, tepelné čerpadlo, samoohřev baterie, využití odpadního tepla a skladování energie s fázovou změnou. Každá technologie má jiné náklady, účinnost, vliv na dojezd a složitost instalace.

Technologie elektrického vytápění používají hlavně PTC ohřívače vzduchu a kapalinné tlustovrstvé články (TFE). PTC ohřívače vzduchu slouží hlavně k vytápění kabiny a odmlžování skel; kapitola kapaliny (PTC ohřívač kapaliny) je nejrozšířenější a dokáže vytápět baterii i kabinu. Dieselová topení (nafta) využívají vyvíjené topení pro vzduch nebo kapalinu a vyžadují samostatnou palivovou nádrž. Topení naftou má nízkou spotřebu (cca 30 W) a bývá vhodné pro menší elektromobily; hlučnost je řízena vhodnou izolací.

Tepelná čerpadla fungují na principu odebírání venkovního tepla a jeho převedení do interiéru; v létě mohou pomocí reverzního režimu odvádět teplo z kabiny ven. Realita v zimě ukazuje, že tepelné čerpadlo je nejúčinnější kolem nulových teplot, ale v -10 °C a níže už bývá nutné doplnit topení tělesy. Samoohřev baterie zvyšuje teplotu baterie při nízkých teplotách, ale jde o doplňkovou technologii s rychlým ale omezeným výtěžkem energie. Využití odpadního tepla se hodí jako doplněk k PTC ohřívačům, často se kombinuje.

ADAC provedl testy sedmi elektromobilů v -10 °C a ukázal, že rychlost náběhu topení je vysoká a teplota z výdechů ventilace dosahuje 20 °C během krátké doby, ale spotřeba energie je kritická pro dojezd. Nejlepší byl v ohřevu interiéru BMW iX, následovaly ID.3, Kona Electric a Fiat 500e; Zoe, Model Y a VW e-Up! dosáhly nižších teplot; spotřeba pro ohřátí interiéru dosahovala v některých případech až 2,3-2,0 kWh. ADAC upozornil, že kvalitní tepelná izolace interiéru si zaslouží více pozornosti a při jízdě bude spotřeba vyšší.

V praxi to znamená: topení v koloně je energeticky výhodnější než vyhřívání vymrzlého interiéru mimo kolonu, a předehřívání interiéru při nabíjení zvyšuje dojezd. Správná volba technologií závisí na klimatických podmínkách, velikosti baterie a konfiguraci vozu. V moderních elektromobilech se proto kladou na tepelný management vysoké nároky, aby se maximalizoval dojezd i komfort cestujících.

Praktické poznámky z testů a zkušenosti z praxe

V praxi platí, že vytápění během stání v koloně sníží stav baterie jen o necelé jednotky procent za hodinu (v uvedeném testu Enyaq z 54 % na 52 % po jedné hodině). Před jízdou lze efektivně využít předehřátí vozu, které v jihovýchodních Čechách vedlo k tomu, že po cca 40 minutách bylo venku rozmrazeno a baterie klesla jen o 3 % (z 74 % na 71 %). Tyto poznatky ukazují, že moderní elektromobily zvládají zimní provoz lépe, než se mnozí domnívají, ale energetická bilance je vždy omezena kapacitou baterie a potřebou vytápět jak kabinu, tak baterii.

Závěrem lze říci, že nejefektivnějšími technikami vytápění z hlediska zachování dojezdu jsou tepelné čerpadlo v kombinaci s PTC ohřívači a případně doplňkové využití odpadního tepla. Dieselové topení s naftou je vhodné pro menší elektromobily s dostatečným prostorem pro palivo a izolaci. Elektrické vytápění poskytuje rychlý náběh a komfort, ale při extrémně nízkých teplotách je nutné počítat s vyšší spotřebou energie. Samoohřev baterie a fázová změna mohou pomoci, ale jejich vliv na dojezd je menší a závisí na konkrétním modelu.

V závěru článku si připomeňme hlavní poznatky: tepelné řízení elektromobilů je klíčové pro zachování dojezdu v zimních podmínkách, a proto je důležité volit vhodnou technologii odpovídající podmínkám a kapacitě baterie. ADAC doporučuje vyprázdnit nebo redukovat dobu, po kterou zůstává vůz v chladu, a v případě plánovaných nákupů využívat pré-heat při připojení k nabíječce, aby se minimalizovala degradace dojezdu.

Praktické tipy pro řidiče elektromobilů v zimě

1. Využijte předehřátí interiéru při nabíjení - šetří dojezd a zvyšuje komfort.
2. Aplikujte vyhřívání sedadel a volantu - méně energeticky náročné než plné vytápění interiéru.
3. Pro případ kolony sledujte spotřebu a vyvažujte topení tak, aby nedošlo k nadměrnému vybití baterie.
4. Pokud máte k dispozici tepelné čerpadlo, používejte jej v kombinaci s jinými zdroji tepla pro optimální efekt.
5. U parkování v garážích snižujte ztráty chladem a využívejte tepelnou izolaci interiéru.

ZDROJE: testy ADAC, interpretace výrobních technologií, zkušenosti z reálného provozu; vývoj v oblasti topení pro elektromobily pokračuje a přináší nové možnosti pro efektivnější vytápění a optimalizaci dojezdu.

tags: #vytapeni #elektromobilu #naftove