Cos'è una pompa di calore? Quali sono i vantaggi per le auto elettriche?

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Pompe di calore per auto elettriche

Nella guida elettrica ci sono due parole chiave che iniziano con la lettera “E”: la prima è ovviamente “elettrico”, ma altrettanto importante è “efficienza”. Dall’introduzione delle prima auto elettriche, le case automobilistiche si sono impegnate a fondo nello sviluppo di tecnologie per i veicoli elettrici (EV), per migliorare l’efficienza del veicolo e l’autonomia elettrica.

Un buon esempio di tecnologia che migliora l’efficienza delle auto elettriche è la frenata rigenerativa, che è un processo di cattura dell’energia sprecata da un veicolo elettrico durante la frenata per essere invece riutilizzata. Nel caso della guida elettrica, l’energia “catturata” viene riutilizzata per aumentare l’autonomia elettrica del veicolo elettrico.

Le pompe di calore per le auto elettriche sono un’altra innovazione per migliorare l’efficienza che si sta rapidamente affermando tra i produttori di automobili. Il principio di base è lo stesso della frenata rigenerativa: si cattura l’energia di scarto e la riutilizza per migliorare l’autonomia elettrica. Possiamo continuare ad aspettarci che le case automobilistiche sviluppino nuove tecnologie basate sul “riciclo”, poiché qualsiasi forma di trasporto avrà sempre delle inefficienze che possono essere riutilizzate!

La pompa di calore non è una tecnologia nuova, anzi, tecnologie simili vengono utilizzate da diversi decenni, in particolare negli elettrodomestici, come l’onnipresente frigorifero (simile, ma al contrario). In relazione alle auto elettriche, è relativamente nuova: la casa automobilistica giapponese Nissan è stata la prima a incorporare una pompa di calore in un veicolo elettrico a batteria (BEV) nel 2012, la Nissan Leaf elettrica.

I produttori di veicoli elettrici hanno acquisito importanti conoscenze all’inizio dell’evoluzione delle moderne auto elettriche, in particolare per quanto riguarda le prestazioni della batteria di bordo e l’autonomia elettrica reale. È emerso chiaramente che l’impatto delle temperature estreme (calde e fredde) aveva un impatto negativo sulle prestazioni della batteria di bordo e sull’autonomia elettrica disponibile. In particolare, durante i mesi invernali più freddi. L’aggiunta di una pompa di calore ad alta efficienza è il risultato di queste intuizioni.

Pompe di calore: tutto quello che c’è da sapere
Che cos’è una pompa di calore per auto elettriche?	Nei veicoli con motore a combustione interna (ICE) a benzina e diesel, l’energia generata dal motore viene catturata e riutilizzata per riscaldare l’abitacolo del veicolo. Nelle auto elettriche, invece, il calore generato dall’azionamento elettrico (motore elettrico, inverter, caricatore CA di bordo) e dalla batteria EV ad alta tensione di bordo non è così elevato come quello generato nelle auto convenzionali e non può essere riutilizzato da solo per fornire un riscaldamento sufficiente dell’abitacolo (le auto elettriche sono più efficienti di quelle a benzina/diesel). Pertanto, nei veicoli elettrici, anche l’aria esterna è compresa nella cattura: si tratta di un sistema a pompa di calore multi-sorgente. Il calore catturato viene riutilizzato per la gestione della batteria di bordo e per il riscaldamento dell’abitacolo, aumentando l’efficienza dell’auto elettrica e riducendo la necessità di attingere energia dalla batteria di bordo. In generale, una batteria EV agli ioni di litio è meno efficiente dal punto di vista energetico nei mesi più freddi (come la batteria di un laptop o di uno smartphone).
Come fa una pompa di calore ad aumentare l’autonomia elettrica nei mesi invernali più freddi?	Le auto elettriche che non incorporano una pompa di calore a bordo si affidano all’energia della batteria di bordo per riscaldare l’abitacolo dell’auto elettrica, con un ulteriore impatto sull’autonomia disponibile. Al contrario, i veicoli elettrici dotati di pompa di calore non si affidano alla batteria di bordo per riscaldare l’abitacolo: la pompa di calore attinge al calore da più fonti e rilascia nell’abitacolo un riscaldamento efficiente dal punto di vista energetico. In altre parole, un’auto elettrica con pompa di calore non richiede alla batteria di bordo di riscaldare l’abitacolo. Esistono numerose prove che dimostrano che le auto elettriche con pompa di calore offrono una maggiore autonomia elettrica nei mesi invernali, rispetto alle auto elettriche che non incorporano una pompa di calore. Il miglioramento medio dell’autonomia è compreso tra il 10% e il 20%. In altre parole, le auto con pompa di calore hanno un’autonomia media di 5 km/kWh, rispetto alle auto elettriche senza pompa di calore (4,6 km/kWh).
Come funziona una pompa di calore in un’auto elettrica?	Fase 1: l’antigelo riscaldato naturalmente viene convogliato nell’evaporatore della pompa di calore, dove il calore viene trasferito al liquido di raffreddamento che circola nell’unità. L’evaporatore trasforma il refrigerante in gas (evaporazione). Fase 2: il gas viene aspirato in un compressore per aumentarne la pressione. Quando l’aria viene compressa, la sua temperatura aumenta. La temperatura del gas viene portata a 80° C. Fase 3: il gas compresso viene trasferito a un condensatore, dove il calore viene trasferito all’acqua nel condensatore. Fase 4: il calore viene fatto circolare nell’abitacolo, mentre il gas viene trasformato in forma liquida e trasferito nuovamente all’evaporatore della pompa di calore tramite una valvola di espansione. Il ciclo viene quindi ripetuto.
La pompa di calore serve solo per il riscaldamento?	No. Una pompa di calore può essere utilizzata anche per il raffreddamento. Ad esempio, Audi Q7 utilizza la pompa di calore di bordo per il riscaldamento e il raffreddamento.
La pompa di calore è di serie nei veicoli elettrici?	Anche se alcuni produttori offrano la pompa di calore di serie, la maggior parte la offre come optional. Si consiglia di acquistare l’opzione.
È possibile installare una pompa di calore in un’auto elettrica dopo la consegna?	Di solito non è possibile, data la complessità dell’installazione di una pompa di calore. Pertanto, è sempre necessario ordinarla al momento dell’acquisto.
Le pompe di calore delle auto elettriche sono tutte uguali?	No. La tecnologia, l’approccio e l’efficienza raggiunti dai vari produttori sono diversi. Ad esempio, Hyundai e Kia sostengono di avere una delle pompe di calore più efficienti, grazie alla capacità della loro tecnologia di scegliere dinamicamente la fonte di calore più appropriata in un determinato momento. Hyundai sostiene che la pompa di calore incorporata nella Hyundai Kona completamente elettrica può migliorare l’autonomia elettrica invernale fino al 18%, un miglioramento significativamente superiore alla media (10%).
Ci sono altri vantaggi offerti da una pompa di calore nei mesi più freddi?	Sì, è possibile preriscaldare il veicolo elettrico (EV) tramite l’app mobile prima di iniziare il viaggio. In questo modo è possibile avere un abitacolo caldo anche nelle fredde giornate invernali!

Auto elettriche con pompa di calore
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