Os desafios de aquecer um BEV

A maioria dos compradores de carros novos provavelmente não demonstra muito interesse no sistema de aquecimento de um veículo antes de comprar. É apenas algo que existe, que se espera que seja útil e não visto como um ponto de diferenciação.

Com a crescente popularidade dos Veículos Elétricos a Bateria (BEVs), no entanto, essa situação pode mudar, pois o sistema de aquecimento convencional, tal como o conhecemos, já não existe nos BEVs. E o que existe pode ter um efeito muito maior no nível geral de satisfação do comprador do que ele espera.

Por que a diferença? Porque a fonte de calor num veículo convencional – o calor residual do motor – simplesmente não existe num BEV.

Com um sistema de aquecimento convencional, que está em uso desde que foi introduzido pela Cadillac em 1926, o calor é transferido do motor para um líquido (água/anticongelante). Esse líquido circula por um sistema fechado que inclui um núcleo aquecedor (pequeno radiador), por onde o ar é direcionado para o habitáculo, ganhando calor do núcleo.

Um ventilador ajuda a forçar o ar aquecido para dentro e ao redor do interior para aquecer os ocupantes, bem como para desembaçar/descongelar as janelas.

O ponto principal é que, sem motor, um BEV simplesmente não tem aquela grande fonte de calor “livre” disponível.

Há algum calor gerado pelas baterias, além de parte da eletrônica de potência, e algumas montadoras estão transferindo esse calor para a corrente de ar – cada pequena quantidade ajuda. Mas não é suficiente para substituir o que normalmente estaria disponível em um motor.

A solução óbvia adotada por muitos é substituir o núcleo do aquecedor por um elemento de aquecimento elétrico resistivo, como o de um aquecedor elétrico antigo.

Em vez de apenas uma bobina de fio resistivo, no entanto, o sistema moderno utiliza um elemento de aquecimento PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo) auto-regulável com proteção inerente contra superaquecimento.

O resto do sistema de aquecimento pode permanecer praticamente o mesmo e o calor instantâneo do elemento de aquecimento eléctrico significa que o interior pode aquecer ainda mais rapidamente do que com o aquecimento gradual de um motor.

O problema com essa solução é que a única fonte de energia para o aquecedor elétrico é a mesma usada para movimentar o veículo – a bateria. Portanto, cada watt de energia utilizado para aquecimento é aquele que não está disponível para condução. Essa é uma das razões pelas quais a autonomia dos BEV tende a ser drasticamente reduzida em baixas temperaturas ambientes.

Outra alternativa, introduzida pela Nissan no Leaf 2012 e agora utilizada em vários BEVs e PHEVs, é a utilização de uma bomba de calor reversível – na verdade, um sistema de ar condicionado que pode ser operado em sentido inverso.

Em termos simples, uma bomba de calor transfere energia do ar exterior para um refrigerante através de um evaporador externo – mesmo quando está frio lá fora – depois comprime o refrigerante, que o aquece, e liberta esse calor para o habitáculo através de um condensador interno. .

As complexidades de tornar um sistema HVAC reversível para atuar tanto como AC quanto como bomba de calor são consideráveis ​​e, consequentemente, caras. Mas uma série de testes publicados confirmam que é pelo menos tão eficaz como o aquecimento resistivo e reduz o impacto negativo na autonomia de condução.

Há uma limitação, no entanto. A eficiência de uma bomba de calor diminui à medida que a temperatura externa cai. Embora possa ser altamente eficaz a 0oC, é significativamente menos eficaz a -20oC e atinge o seu limite prático em cerca de -30oC. O que, infelizmente, não é uma temperatura incomum em grande parte do Canadá. Portanto, mesmo uma bomba de calor precisa de alguma fonte de calor adicional ao extremo.

Qualquer que seja o sistema central utilizado, o objetivo final de alcançar o conforto do passageiro pode ser auxiliado por meios alternativos, como concentrar o calor em áreas específicas do corpo. Para esse fim, bancos e volantes aquecidos já são amplamente utilizados.

Indo um passo além, a Toyota é a primeira montadora a empregar aquecimento radiante em um veículo de produção, direcionado às áreas inferiores das pernas e pés do motorista e do passageiro dianteiro em modelos bZ4x de nível superior.