Jak działa pompa ciepła w pojeździe elektrycznym

Oferta pojazdów elektrycznych pracujących w niskich temperaturach coraz bardziej przyciąga uwagę, a pompy ciepła, jako dojrzałe rozwiązanie w gospodarstwach domowych i przemyśle, są stopniowo akceptowane przez głównych producentów pojazdów elektrycznych. Pompa ciepła to urządzenie, które pobiera energię z powietrza w celu ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń. Zasada działania pompy ciepła jest odwrotna do zasady działania silnika cieplnego. Pompa ciepła działa poprzez wprowadzanie energii elektrycznej i pobiera ciepło z zimna do ciepła. Wydaje się, że narusza to drugą zasadę termodynamiki, ale to przenoszenie ciepła nie jest spontaniczne i do osiągnięcia tego wymaga energii wejściowej.

Pompa ciepła przypomina w rzeczywistości lodówkę, ale jest odwrotnie: jej funkcja jest dokładnie odwrotna do funkcji lodówki w kuchni. Lodówki do użytku domowego zawierają gazowy czynnik chłodniczy, który po sprężeniu nagrzewa się. Sprężony gaz transportowany jest do skraplacza rurociągami. Ciepło ze skraplacza jest odprowadzane w celu schłodzenia gazowego czynnika chłodniczego, który jest następnie transportowany do rurociągu parownika. Ponieważ parownik jest większy od skraplacza, ciśnienie spada, a ciekły czynnik chłodniczy odparowuje do stanu gazowego, pochłaniając ciepło z otoczenia. Temperatura odpowiednio spada, uzyskując efekt chłodzenia.
Pompa ciepła pojazdu elektrycznego pobiera ciepło z powietrza zewnętrznego przez parownik, spręża czynnik chłodniczy, a następnie wykorzystuje ciepło ze skraplacza do podniesienia temperatury wewnątrz akumulatora lub samochodu. Odwracalna pompa ciepła może również podgrzewać lub chłodzić akumulatory. Jeśli się schładza, można odzyskać nadmiar ciepła powstający w wyniku pracy akumulatora, a schładzając akumulator, można go także wykorzystać do ogrzania powozu, upijając dwie pieczenie na jednym ogniu.

Do głównych elementów pompy ciepła należą:
Sprężarka: Sprężarka jest sercem pompy ciepła. Wykorzystuje energię elektryczną do sprężania czynnika chłodniczego, zwiększając ciśnienie i temperaturę czynnika chłodniczego.
Skraplacz: Skraplacz znajduje się na zewnątrz pompy ciepła. Skraplacz to miejsce, w którym czynnik chłodniczy oddaje ciepło do otaczającego powietrza.
Parownik: Parownik znajduje się wewnątrz pompy ciepła. Jest to miejsce, w którym czynnik chłodniczy pochłania ciepło z powietrza w pomieszczeniu.
Zawór rozprężny: Zawór rozprężny to małe urządzenie służące do zmniejszania ciśnienia czynnika chłodniczego, przekształcającego go z cieczy w gaz.

Pompy ciepła mogą zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych zimą. Pompy ciepła nie wymagają energii elektrycznej do wytworzenia ciepła, pompują jedynie ciepło z zewnątrz do wnętrza. Wydajność zużywana przez pompę ciepła podczas tego procesu jest znacznie mniejsza niż w przypadku bezpośredniego ogrzewania PTC. Pompa ciepła może zmieniać tryb pracy w zależności od potrzeb, umożliwiając zarówno ogrzewanie, jak i chłodzenie.
Chociaż pompy ciepła stają się coraz bardziej popularne i mają wiele zalet, koszt systemów pomp ciepła jest nadal wysoki. Podczas pracy pomp ciepła sprężarka będzie nadal pracować, co może powodować problemy związane z hałasem. W porównaniu z tradycyjnymi metodami ogrzewania elektrycznego, systemy pomp ciepła są bardziej złożone, mają więcej komponentów i mają stosunkowo niższą niezawodność.