In un veicolo a combustione il calore di scarto abbonda e il riscaldamento dell'abitacolo è gratis. In un veicolo elettrico non lo è: poiché il rendimento è alto c'è poco calore di scarto, e il riscaldamento dell'abitacolo si paga direttamente in autonomia.
Questo trasforma la gestione termica da tema di comfort a tema di autonomia.
Tre utenze, tre obiettivi diversi
La batteria. Vuole una banda di temperatura stretta — se è troppo fredda calano capacità e accettazione di carica, se è troppo calda accelera l'invecchiamento. Anche lo scarto fra le celle deve essere piccolo. Vedi la nota sulla termica della batteria.
Elettronica di potenza e motore. Tollerano temperature più alte e possono stare su un circuito diverso da quello della batteria.
L'abitacolo. Il comfort dell'utente; il riscaldamento è la voce maggiore.
Perché le pompe di calore si sono diffuse
Un riscaldatore resistivo dà un watt di calore per watt di elettricità. Una pompa di calore preleva calore dall'aria esterna e ne fornisce diverse volte tanto a parità di elettricità, riducendo nettamente la penalità di autonomia invernale.
Il prezzo è la complessità: a seconda delle condizioni, lo stesso circuito deve scaldare la batteria, raffreddarla, portare il calore di scarto del motore all'abitacolo, oppure precondizionare la batteria per la ricarica rapida. Il circuito significa ora diverse valvole e diversi modi.
Il compito dell'analisi: il bilancio su un ciclo
Un singolo punto di funzionamento qui non significa nulla. Le domande critiche si pongono su un ciclo:
- Con il freddo, quanta energia e quanto tempo costa precondizionare la batteria prima della ricarica rapida?
- Se in salita motore e batteria chiedono entrambi raffreddamento, il circuito basta?
- Quando riscaldamento dell'abitacolo e raffreddamento della batteria coincidono, chi ha la priorità?
Sono analisi di sistema transitorie e coniugate; la CFD a scala di componente alimenta quel modello di sistema — caratteristiche degli scambiatori, resistenza della piastra fredda, collocazione dell'unità esterna. Vedi la nota sulle unità esterne delle pompe di calore.
Riferimenti
- Bernardi, D., Pawlikowski, E. & Newman, J. (1985). A general energy balance for battery systems. Journal of the Electrochemical Society, 132(1), 5–12. DOI: 10.1149/1.2113792
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605