Details zur Tesla-Wärmepumpe erhöhen die Reichweite von Elektrofahrzeugen im Winter

Dec 10, 2023

Tesla hat letzte Woche einige Details dargelegt, die sein Wärmepumpensystem auszeichnen, das jetzt in seiner gesamten Fahrzeugpalette enthalten ist.

Der Hersteller von Elektrofahrzeugen behauptet, dass sein Design bei sehr kaltem Wetter gut funktioniert, wo andere Wärmepumpen nicht ausreichen.

Abhängig von der genauen Situation, so behauptet Tesla, verbrauchen seine Autos mit dem Wärmepumpensystem möglicherweise nur ein Viertel der Energie als ohne, um den Innenraum warm zu halten. Laut Tesla kann dies insgesamt dazu führen, dass bei Fahrten bei kaltem Wetter bis zu 20 % weniger Energie verbraucht wird – wobei unklar ist, ob sich dies speziell auf die in der Kabine verbrauchte Energie bezieht.

Tesla ist keineswegs der einzige Autohersteller, der herausgefunden hat, dass Wärmepumpen den Reichweitenverlust von Elektrofahrzeugen bei kaltem Wetter beheben. Es hat sich schon vor Jahren der Technologie widersetzt.

Vor der Einführung der Wärmepumpe hatte Tesla eine Strategie zur Nutzung der Abwärme des Motors und der Leistungselektronik, um die Batterie aufzuwärmen, und behauptete, die Reichweite bei kaltem Wetter ohne die zusätzliche Komplexität einer Wärmepumpe zu erhöhen. Doch mit der Wärmepumpe, die im Model Y ihr Debüt feierte, änderte das Unternehmen seine Meinung.

Tesla-Wärmepumpe

Tesla-Wärmepumpe

Tesla-Wärmepumpe

Die Antwort scheint zu sein, dass es einen Weg gefunden hat, die Addition weniger komplex zu machen. Es wurde ein sogenannter Superverteiler entworfen, der alle Kältemittel- und Kühlmittelkanäle vereint, die ansonsten separate Komponenten wären. Wie in diesem Video erklärt, hat Tesla den Kühlmittelkreislauf nicht neu gestaltet, sondern die Wärmepumpe mit einem „Oktoventil“ integriert, das sich je nach Betriebsmodus in eine andere Position dreht.

So funktionieren Wärmepumpen

Das Tesla-Video weist darauf hin, dass Wärmepumpen ein bisschen wie Klimaanlagen sind und Wärme von einer kühleren Umgebung (innen) in eine wärmere Umgebung (außen) transportieren, nur im Gegenteil.

Im Gegensatz zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor haben Elektrofahrzeuge keinen Motor, der Abwärme abgibt, die zum Heizen des Innenraums genutzt werden kann. Widerstandsheizungen, wie sie für Raumheizgeräte, Toaster oder Haartrockner verwendet werden, entziehen der Reichweite viel Energie.

Wärmepumpen bewegen Wärme, anstatt sie zu erzeugen, und die Physik kann fast magisch klingen: Ein sorgfältig ausgewähltes Kältemittel transportiert Wärmeenergie aus seiner Umgebung, wenn es zu einem Gas komprimiert wird, und gibt dann Wärme ab, wenn es wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert.

Tesla Model S Plaid Thermo- und Wärmepumpe

Aufgrund dieser Energieberechnung sind Wärmepumpen einer der Schlüssel zur Reduzierung des Reichweitenverlusts von Elektrofahrzeugen bei kaltem Wetter. Laut Bosch, einem der Hersteller von Wärmepumpen, erzeugt eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 1 kW auf der Basis von Energiezufuhr und -abgabe ein Wärmeäquivalent von 2 bis 3 kW. Mahle, ein anderer Anbieter, gibt an, dass seine Wärmepumpe 20 % des Reichweitenverlusts bei kaltem Wetter ausgleichen kann.

Hierzu gibt es einige Vorbehalte. Wärmepumpen sind mit erheblichen zusätzlichen Kosten und Komplexität verbunden. Sie können Geräusche erzeugen, die das lautlose EV-Erlebnis unterbrechen. und sie liefern oft nicht die schnellen Ergebnisse, die Widerstandserwärmung liefert. Besitzer sehen den Vorteil der Effizienz also möglicherweise erst bei längeren Autofahrten – wenn sie dazu beitragen, die Reichweite zu erhöhen und das Erreichen der nächsten Ladestation zu erleichtern, ohne auf den Komfort im Innenraum zu verzichten.

Notwendiges Teil, um Winterflaute zu vermeiden

Immer mehr Unternehmen kommen zu dem Schluss, dass sich die Kompromisse lohnen. General Motors hat zum Beispiel betont, dass der Grund für die Entscheidung, Wärmepumpen in alle kommenden GM-Elektrofahrzeuge einzubauen, auf realen Vorteilen beruht.

Es gibt neue Möglichkeiten, das System speziell für Gewinne bei kaltem Wetter zu konfigurieren. Rivian ist dabei, sein Wärmesystem umzugestalten und eine Wärmepumpe einzubeziehen. Bei der neuesten Wärmepumpe für Hyundai- und Kia-Modelle trägt die von einer Reihe von Antriebskomponenten abgesaugte Wärme dazu bei, das flüssige Kältemittel wieder in einen gasförmigen Zustand umzuwandeln, wodurch seine Belastung reduziert wird Steigerung der Energieausbeute.

Systeme, die über eine Wärmepumpe verfügen, kombinieren diese mit einer Widerstandsheizung, um die Windschutzscheibe schnell zu beschlagen/entfrosten und den Innenraum bei Bedarf schnell aufzuheizen. Anschließend übergibt es den Staffelstab, wenn es möglich ist, an die Wärmepumpe. Wie der Schaltplan des Systems im Toyota Prius Prime verdeutlicht, können sie sehr komplex werden.

Toyota Prius Prime Wärmepumpe

Dies ist nicht die erste Sichtung von Teslas Wärmepumpendesign. Im Jahr 2020 veröffentlichte der Fertigungsexperte Sandy Munro von Munro & Associates, der für seine Teardown-Erkenntnisse bekannt ist, ein Video über die neue Komponente.

Auch Teslas eigenes Design war nicht völlig problemlos. Das Unternehmen muss ein Problem mit einem nicht ordnungsgemäß funktionierenden Wärmepumpenventil beheben, das zur Erschöpfung des Kältemittels im System und möglicherweise zum Beschlagen einiger Scheiben führte. Diese Tesla-Wärmepumpen-Rückrufaktion, die fast 27.000 Fahrzeuge der Modelljahre 2020 bis 2022 betraf, wurde mit einem Over-the-Air-Update behoben.

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