Tesla värmepump detaljerad, ger en boost till vinter EV-räckvidden

Tesla förra veckan beskrev några av detaljerna som särskiljer dess värmepumpsystem som nu ingår i hela fordonssortimentet.

Elfordonstillverkaren hävdar att dess design fungerar bra i mycket kallt väder, där andra värmepumpar kommer till korta.

Beroende på den exakta situationen, hävdar Tesla, kan dess bilar använda så lite som en fjärdedel av energin med värmepumpsystemet än utan, för att hålla kabinen varm. Sammantaget kan det resultera i upp till 20 % mindre energi som förbrukas under resor i kallt väder, säger Tesla – även om det är oklart om detta specifikt syftar på energin som förbrukas i kabinen.

Tesla är inte på något sätt den enda biltillverkaren som upptäcker att värmepumpar avhjälper EV-förluster i kallt väder. Det gjorde motstånd mot tekniken för flera år sedan.

Före värmepumpen hade Tesla en strategi för att använda spillvärme från motorn och kraftelektroniken för att hjälpa till att värma batteriet, och den hävdade ökat räckvidd för kallt väder utan den extra komplexiteten hos en värmepump. Men företaget ändrade sig med värmepumpen som gjorde sin debut i Model Y.

Tesla värmepump

Tesla värmepump

Tesla värmepump

Svaret verkar vara att det hittat ett sätt att göra tillägget mindre komplext. Den designade ett så kallat supergrenrör som kombinerar alla köldmediekanaler och kylmedelskanaler som annars kan vara separata komponenter. Som det förklaras i den här videon, snarare än att designa om kylvätskeslingan, integrerade Tesla värmepumpen med en ”oktoventil” som vänder sig till ett annat läge beroende på driftsätt.

Hur värmepumpar fungerar

Tesla-videon tipsar om att värmepumpar är lite som att bygga luftkonditioneringsanläggningar, som transporterar värme från en svalare miljö (inne) till en varmare miljö (utanför), bara tvärtom.

Till skillnad från förbränningsfordon har elbilar ingen motor som sprutar ut spillvärme som kan användas för att värma upp kupén. Resistiv uppvärmning, som den som används för rumsvärmare, brödrostar eller hårtorkar, tar mycket energi bort från räckvidden.

Värmepumpar flyttar runt värme snarare än att generera den, och fysiken kan låta nästan magisk: Ett noggrant utvalt köldmedium – transporterar värmeenergi från omgivningen när det komprimeras till en gas och avger sedan värme när det kondenserar tillbaka till en vätska.

Tesla Model S Pläd termo- och värmepump

Värmepumpar är en av nycklarna för att minska elförlusterna i kallt väder på grund av den energiberäkningen. På energi-in-energi-ut basis, enligt Bosch, en av tillverkarna av värmepumpar, kommer en värmepump som drar 1 kw att generera en värmeekvivalent på mellan 2 och 3 kw. Mahle, en annan leverantör, säger att dess värmepump kan återvinna 20 % av förlusten i kallt väder.

Det finns några förbehåll för detta. Värmepumpar innebär en hel del extra kostnader och komplexitet; de kan generera en del brus som avbryter den tysta EV-upplevelsen; och de ger ofta inte de snabba resultaten som resistiv uppvärmning gör. Så ägare kanske bara ser vinsten i effektivitet över längre bilresor – när de hjälper till att öka räckvidden och göra det lättare att nå nästa laddare utan att offra kabinkomforten.

Nödvändig pjäs för att undvika vinternedgångar

Allt fler företag drar slutsatsen att det är värt avvägningarna. General Motors, till exempel, har betonat att den verkliga fördelen ligger bakom varför man har beslutat att inkludera värmepumpar i alla kommande GM elbilar.

Det finns nya sätt att konfigurera systemet, speciellt för vinster i kallt väder. Rivian håller på att omforma sitt termiska system för att inkludera en värmepump, och i den senaste värmepumpen för Hyundai- och Kia-modeller hjälper värme som avlägsnas från en rad drivkomponenter att knuffa tillbaka det flytande köldmediet till en gas, vilket minskar dess belastning och öka energiutbytet.

System som har värmepump kombinerar det med resistiv uppvärmning, för snabb avimning/avfrostning av vindrutan och snabb kabinvärme efter behov, sedan skickar den stafettpinnen när den kan till värmepumpen. Som schemat för systemet i Toyota Prius Prime understryker kan de bli mycket komplexa.

Toyota Prius Prime värmepump

Detta är inte den första iakttagelsen av Teslas värmepumpsdesign. 2020 lade tillverkningsexperten Sandy Munro, från Munro & Associates, känd för sina nedbrytningsinsikter, en video om den nya komponenten.

Teslas egen design har inte heller varit helt problemfri. Företaget måste åtgärda ett problem med en felaktigt fungerande värmepumpsventil, vilket leder till utarmning av köldmedium i systemet och eventuellt vissa immiga fönster. Denna återkallelsekampanj för Tesla värmepumpar, som påverkade nästan 27 000 fordon från årsmodellerna 2020 till 2022, åtgärdades med en uppdatering över luften.