Чем крута салонная печка в электрокарах
У любого современного автомобиля уже в базовой комплектации есть так называемая салонная печка. Именно благодаря этому устройству эксплуатация машины возможна даже в лютые холода. В автомобилях с ДВС печка имеет простую и понятную каждому конструкция. У электрокаров она устроена несколько иначе. Поясняем, почему.
depositphotos
Для начала вспомним, за счёт чего в машине нагревается салон. На автомобилях с ДВС система обогрева устроена невероятно просто – она работает за счёт системы охлаждения бензинового или дизельного двигателя. Горячая охлаждающая жидкость, проходящая через рубашку блока цилиндров мотора, движется по патрубкам в радиаторы — основной (системы охлаждения двигателя) и радиатор отопителя (который находится в салоне автомобиля). Через последний небольшим вентилятором прогоняется поступающий в салон автомобиля воздух. Подогретые горячим радиатором воздушные потоки распределяются по воздуховодам и создают внутри автомобиля комфортную температуру.
Почти никакого дополнительного расхода энергии такое устройство не требует. Всё, что нужно, — запитать электричеством вентиляторы обдува. В некоторых случаях – помочь машине прогреть салон за счёт электрических подогревателей, работающих в момент, когда мотор ещё слишком холоден. Перерасход бензина или дизеля получается ничтожным. Необходимая для продувки воздуха через радиатор электроэнергия получается автономно – от связки генератор/аккумулятор.
В случае с электрокарами всё обстоит куда сложнее. Никакого двигателя внутреннего сгорания в них попросту нет, а значит, получить источник почти халявного тепла не так-то просто. Электромотор при работе выделяет ничтожное количество тепла – взять с него почти нечего. Конечно, можно нашпиговать автомобиль электрическими спиралями. Вот только питаться они будут от всё той же тяговой батареи, сокращая величину и без того небольшого выбега на одной зарядке. К примеру, на популярном американском электрокаре Tesla Модель S на отопление салона при холодной трансмиссии путём нагрева резистивных нагревателей идёт до 6 кВт. Чудовищная цифра! Впрочем, и у электрокаров есть свои фишки. На той же самой Tesla после нагрева трансмиссии отопление салона происходит посредством циркуляции охлаждающей жидкости. По аналогии с обычными автомобилями, забирается вторичное тепло, полученное от двигателя и преобразователя. Уже это даёт гигантскую разницу в потребляемой системой мощности – для поддержания температуры в салоне требуется 1-2 кВт электроэнергии.
Разумеется, и такая система вряд ли тянет на звание инновационной, совершенной и эффективной. Она в любом случае проигрывает системе отопления любого обычного автомобиля, работающего на бензине или дизеле, поскольку потребляет изрядный процент заряда батареи. Вот почему в более совершенных электрокарах используется иная схема отопления, которую уже можно отнести к разряду инновационных. Работает она по принципу теплового насоса. Энергия для обогрева салона берётся не только от батареи или двигателя, но и извне. Вернее, из воздуха. Даже холодный забортный воздух, как известно, обладает некоторым запасом энергии, которую можно применить на благо.
Функционирует система следующим образом. Холодный газообразный теплоноситель сжимается компрессором до высокого давления – его температура растёт. Затем сжатый теплоноситель идёт в радиатор отопителя и отдаёт тепло в салон. После этого теплоноситель проходит через расширительный клапан, в результате чего его температура вновь резко падает. Охлаждённый теплоноситель разделяется сепаратором на жидкую и газообразную фракции. Газовая часть становится экстремально холодной, после чего попадает в теплообменник, обдуваемый забортным воздухом. Часть тепловой энергии наружного воздуха абсорбируется. После этого теплоноситель опять сжимается компрессором и передаёт тепло в салон. Цикл происходит замкнуто.
Иными словами, это то же самое, что и обычный кондиционер. Правда, работает он как бы наоборот. Электрической энергии для реализации данной схемы нужно относительно немного. Это увеличивает запас хода электрокара при включённой печке и снижает нецелевые потери электрической энергии. Тепловой насос есть, к примеру, на Tesla Model Y. А вот в Model S, Model X и Model 3 отыскать его, увы, не получится. Существуют и другие, не менее интересные технологии прогрева салона электрокара. Немецкий бренд BMW, к примеру, уверен, что решить проблему может инфракрасное отопление. С его помощью согреваются, прежде всего, сами пассажиры, а не окружающие их предметы. Направленные лучи тепла действуют на людей: согреться можно всего за одну минуту. Тепловая энергия переносится только в том случае, если электромагнитная волна столкнется с предметом. По сравнению с воздушным отоплением инфракрасное отопление экономичнее на 30%. Как самостоятельная система инфракрасное отопление использоваться вряд ли может, однако как вспомогательная — вполне.
Как работает печка в электромобиле и будет ли тепло зимой?
Как работает печка в электромобиле? В зависимости от модели используется принцип кондиционера, но на прогрев, применение специальной спирали, обдув по принципу фена или применение инфракрасного излучения. При этом в классическом понимании печки нет. Ниже подробно рассмотрим, как обогревается электромобиль зимой, на каком принципе работает система, и как она построена.
Есть ли печка в электромобиле
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно понимать, как устроена печка в электромобиле и обычном двигателе с ДВС. В машинах с простым мотором в отоплении принимает участие система охлаждения. Нагретая охлаждающая жидкость проходит через блок цилиндров, перемещается по основному радиатору и радиатору отопителя. Последний установлен в салоне машины, а возле него стоит вентилятор, который распределяет теплый воздух. Иногда для повышения эффективности применяются электрические подогреватели, которые работают на этапе прогрева силового агрегата. При этом потребление дизельного / бензинового топлива минимально, а энергия для вентилятора берется от работающего двигателя.
Система отопления салона электромобиля иная, ведь здесь нет системы охлаждения и двигателя внутреннего сгорания. Это означает, что получить «бесплатный» (как в прошлом случае) источник тепла не получится. При этом печки в классическом понимании в электромобилях не предусмотрено. Но имеется другой тип обогревателя. Он работает не менее эффективно и спасает даже в лютые морозы.
Как обогревается салон зимой
С учетом сказанного возникает вопрос, как работает отопитель салона в электромобиле, если в нем нет классической системы охлаждения. Здесь каждый производитель внедряет разные системы, которые отличаются по принципу действию и особенностям. Чаще всего применяются следующие системы:
- Резистивные нагреватели до 6 кВт, которые берут на себя функцию нагрева при холодной трансмиссии.
- Применение тепла от двигателя и преобразователя, полученное от его нагрева, и последующая передача тепла в салон (по похожему принципу работает печка). При этом используется минимум энергии аккумулятора.
- Специальные спирали, которые обдуваются вентилятором.
- Инфракрасные лучи и т. д.
Как видно, рассмотренную выше систему трудно назвать чем-то новым и совершенным. Даже при самом продуманном решении она проигрывает классическому отоплению, которое работает в обычном автомобиле. При этом главное слабое место находится именно в аккумуляторе, который быстрее разряжается из-за необходимости затрачивания энергии.
В более современных электромобилях работает более продуманная система обогрева салона электромобиле зимой, которая создает меньшую нагрузку на сеть. Ее принцип чем-то похож на тепловой насос, когда энергия для печки в электромобиле берется не только от батареи, но и от мотора или даже извне. Иными словами, применяется даже энергия холодного воздуха, которая не расходуется зря.
Как устроено отопление
Теперь подробнее рассмотрим, как обогревается салон электромобиля зимой. Ее принцип очень прост. Сначала газообразный теплоноситель сжимается с помощью компрессора высокого давления, и происходит повышение температуры. После этого жидкость направляется радиатор отопителя, после чего тепло отдается в салон машины. На следующем этапе теплоноситель направляется через расширительный клапан, где его температура снова снижается.
После этого происходит разделение теплоносителя на газовую и жидкую форму. Первая часть становится холодной, после чего она идет в теплообменник и обдувается заборным воздухом. При этом происходит абсорбция части тепла воздуха из вне. На следующим шаге происходит новое сжатие теплоносителя компрессором с передачей тепла в салон. При этом получается замкнутый цикл.
Зная, как устроено отопление в электромобиле, можно делать выводы о его эффективности. По сути, это классический кондиционер, но с обратным принципом работы (на нагрев). Для работы печки необходимо немного энергии. Такая особенность позволяет лишь немного снизить первоначальный запас хода при включенной печке. Интересно, что тепловой насос имеется во многих моделях, к примеру, Тесла Model Y.
Рассматривая вопрос, как, и каким образом работает система отопления в электромобиле, нельзя не отметить и другие подходы, применяемые производителями. К примеру, представители концерна БМВ уверены, что решение проблемы лежит в применении инфракрасного отопления. Такая печка работает только на нагрев предметов и человека, поэтому не расходует энергию на нагрев воздуха. Благодаря этой особенности, на отопление уходит не менее минуты, а энергии нужно минимум. В качестве препятствия может выступать только предмет, с которым сталкивается электромагнитная волна.
В сравнении с классическим воздушным отоплением ИК печка работает с большей эффективностью и отличается экономичностью. Конечно, ее не планируют использовать в качестве основного источника, но как дополнительный элемент обогрева она вполне подойдет.
В классических Ниссан Лиф печка работает еще проще. Здесь ставится фен, который прогревает воздух и работает на «дизеле». Сгорающий в устройстве «дизель» по принципу паяльной лампы греет корпус, после чего через последний проходит воздушный поток. В результате даже при 20-градусном холоде удается прогреть электромобиль за 6-8 минут. При небольших поездках можно оставить печку включенной и пойти по делам. При этом в автомобиле поддерживается тепло и нет необходимости оставлять включенный мотор.
Теперь вы знаете, как отапливаются электромобили, и по какому принципу работает печка в таком транспорте. Каждый производитель старается продумать свою систему, которая будет создавать минимальную нагрузку на аккумуляторную батарею и не повлияет на общий запас хода транспортного средства. При этом избежать траты энергии все равно не получается. Да и это не единственная проблема для электрокаров зимой.
В комментариях расскажите, о каких системах работы печки в электромобиле вы еще знаете, и как работает эта система у вас.
Система отопления Тесла model Y
Моя поездка из Питера в Москву и обратно на Тесла Y в мороз зимой вызвала кучу эмоций как у ярых сторонников электромобилей из солнечной Калифорнии, так и их еще более ярых противников.
Но как человек пытливый, да что там говорить про пытливость, замерзающий в поездке и отогревающийся на стоянках во время зарядки, стал изучать в интернете проблемы владельцев Тесла с тепловыми насосами в качестве отопителей.
Здесь позволю себе небольшое отступление и позволю сказать, что являюсь в некоторой степени специалистом в области тепловых насосов и много лет уже эксплуатирую тепловой насос в качестве основной и единственной отопительной установки в собственном загородном доме. Также я имею возможность судить о работе чужих тепловых насосов разных марок и принципа действия. Тепловой насос воздух/воздух — это не самое лучшее решение для отопления в северном снежном и влажном регионе. Но когда других вариантов нет, то все решения хороши, главное, чтобы были просчитаны варианты когда это не самое лучшее решение откажет.
После выхода нового отопителя на Model 3 в начале 2021 года посыпалось большое количество претензий в сторону производителя о том, что отопитель отказывает во время низких наружных температур.
В итоге Макс даже признал неисправность и начал замену всех трех датчиков теплонасосной установки.
Но мне кажется, что это в реальности фигня и настоящая проблема не была найдена, либо не была обнародована так как могла повлечь за собой еще большее разочарование у потребителей.
Далее будут мои предположения на основе найденной информации и собственного опыта как это работает.
Тепловой насос — это устройство которое «перекачивает» тепло от низкопотенциального источника тепла. Например, мы имеем источник тепла (первичный источник) с температурой +5градС. Пусть это будет воздух. Мы берем этот воздух и забираем от него энергию, отдавая этот воздух в атмосферу с температурой +2градС. Вот за счет этих 3 градусов + энергии, потраченной на привод компрессора теплового насоса (это похоже на компрессор обычного холодильника) мы и будем греть салон автомобиля. Но Тесла пошла дальше. Чтобы поднять эффективность работы теплового насоса Маск решил использовать всю имеющуюся тепловую энергию для повышения температуры первичного источника. Система охлаждения двигателей и батарей — это же явный источник энергии которая тратится независимо от того пользуемся мы отопителем или нет.
Здесь отмечу, что чем меньше разница между первичным источником энергии и температурой на выходе, тем выше эффективность работы этого устройства. Например, в той самой поездке в Москве мне пришлось примерно три часа сидеть в Тесла с работающим отопителем. На улице -12. В салоне +21. За три часа улетело 3% от заряда, т.е. всего около 2,5кВтч.
Так вот, энергия от нескольких источников (батарея, моторы и наружный воздух) поступает в тепловой насос. Тесла Y использует единое устройство которое балансирует между теплом от этих источников, контролируя их перегрев и переохлаждение. Кстати, батарея у Тесла Y является не только аккумулятором электрической энергии, она также аккумулирует тепловую энергию с возможностью отдавать ее отопитель в нужный момент.
На сегодняшний день отопитель model Y является самым продвинутым среди Teslaмобилей.
Но вернемся на землю. Что может произойти с обычным воздушным тепловым насосом, работающим на отопление жилого помещения? Наружный блок может обмерзнуть.
Системы тепловых насосов имеют возможность оттайки, но не всегда это работает так как нужно. Слишком много сторонних факторов вмешиваются в работу, влажность в первую очередь. Можно было бы сделать режим оттайки очень продолжительным, но тогда пострадает эффективность работы и в целом работа теплового насоса на тепло.
Могу предположить, что в Тесла в некоторых режимах как раз это и происходит. Тепла от моторов и батареи на ходу просто не хватает и тогда система работает только или в большей части используя энергию наружного воздуха. На теплообменнике, расположенном в передней части образуется шуба из льда и холодильный цикл теплового насоса становится невозможным. Датчики фиксируют отклонения по давлению и температуре хладагента и система отключается.
Практически уверен, что именно это произошло у меня во время поездки. Во время зарядки на стоянке батарея начинает нагреваться и этого тепла достаточно, чтобы начать работать тепловому насосу. Но как только я начинал движение, буквально через несколько минут, отопитель начинал дуть холодным. Он отключался.
Причем данное поведение работы отопителя более заметно именно в дальних поездках. В коротких теплообменник, вероятно, успевает оттаять. А если Тесла хранится в теплом гараже и эксплуатируется в городском режиме, то проблема уходит практически совсем.
Так что не спешите в следующий раз переживать по поводу неработающего отопителя своей Тесла Y. Просто отогрейте автомобиль.
Кстати, в жару изобретение Тесла работает наоборот, т.е. охлаждает салон, одновременно нагревая в случае необходимости батарею.
В целом, мне нравится подход Тесла к системе отопления и кондиционирования (не только охлаждение, но и осушение воздуха), но я, блин, замерз когда ехал.
Да, еще моментик. При экстремально низких температурах может возникнуть ситуация при которой батарею нужно нагревать из вне. И на этот случай Тесла использует энергию все того же теплового насоса, разделив ее на отопление салона и подогрев батареи. Я обращал внимание на кривую расхода энергии во время движения. Вроде бы едешь с постоянной скоростью, а расход энергии скачкообразно меняется. Возможно, секрет этого расхода как раз кроется в работе отопителя.
Удачи всем и Сорри за много букв.
Tesla в холодную погоду, снег и мороз
Я использую электромобиль уже третью зиму. Думаю вам будет интересно узнать о моем опыте вождения Tesla Model S в холодной Канаде.
Производительность Tesla Model S на морозе
Можно просто подойти к автомобилю утром, сесть и поехать. Нет необходимости прогревать двигатель, Tesla сразу же спокойно поедет. В кабине становится тепло на удивление быстро.
Тем не менее, есть несколько различий в том как едет автомобиль после длительной стоянки на холоде.
Если температура аккумуляторной батареи слишком низкая, то автомобиль не позволит заряжать ее, так как это может привести к повреждению. Побочным эффектом также является то, что теряется возможность зарядки торможением, что показано на дисплее пунктирной линией желтого цвета.
Также если батарея Tesla Model S сильно охладилась, будет ограничен предел мощности. В мороз сложно ехать на высокой скорости без пробуксовки, поэтому данная особенность не является проблемой.
Аккумулятор Тесла имеет нагреватель. Это необходимо для того, чтобы автомобиль мог заряжаться в холодную погоду. Когда вы начинаете ехать на холодном авто, нагреватель включается и может потреблять до 6 кВт. Отопление салона действует аналогично. Обычная остановка на стоп знаке съедает столько же мощности, как если бы вы ехали 60 км/ч. К счастью с разогревом авто показатели потребления уменьшаются.
Холод против расстояния
Когда батарея Tesla Model S очень сильно охладилась, произойдет небольшая потеря дальности, которая показана синим сегментом в строке заряда. Когда батарея согреется, все вернется на место! На самом деле автомобиль должен очень сильно замерзнуть, чтобы это произошло. Очевидно, энергия, необходимая для отопления, уменьшает дальность поездки. Важную роль играет и усиление аэродинамического сопротивления.
Аэродинамика оказывает значительное влияние на расстояние, которое может пройти автомобиль без подзарядки, при любой температуре — особенно в мороз. Существует также небольшой отрицательный эффект из-за шин, имеющих плохое сцепление на морозе, но снижение аэродинамики влияет сильнее.
Обогрев салона
В Модель S обогрев салона имеет два (скрытых) режима. Если трансмиссия замерзла, все тепло пойдет через резистивные нагреватели, потребляющие до 6 кВт. Это много энергии!
Пока вы ведете автомобиль, температура трансмиссия, естественно, повышается. После ее нагрева, Tesla использует охлаждающую жидкость, чтобы помочь нагреть кабину. По сути, она использует вторичное тепло от двигателя и преобразователя для эффективного отопления салона. Это дает огромную разницу в потребляемой мощности — для полностью прогретого автомобиля нужно только 1-2 кВт, чтобы сохранить тепло в салоне, даже в условиях экстремального холода.
Для сравнения, оригинальный Tesla Roadster использует 4 кВт, чтобы сохранить свою крошечную кабину в тепле, используя только резистивные нагреватели. Это является большим преимуществом Model S, о чем Тесла никогда не говорит!
В итоге можено сказать, что в кабине становится тепло всего через несколько минут.
Обогреватели сидений
Обогреватели сидений Tesla Model S расходуют незначительное количество энергии в сравнении с отопительной системой салона. Используйте их по возможности. Включите нагреватели сидений и снизьте обогрев салона. Вы сможете сэкономить кучу энергии.
Держите Model S в тепле
Поставив автомобиль в неотапливаемом гараже вместо улицы, я увидел огромное улучшение показателей расстояния. Это потому, что даже неотапливаемые гаражи зачастую значительно теплее, чем улица. Кроме того защита от ветра сыграет роль во время предварительного нагрева, уменьшая потери тепла и повышения эффективность отопительной системы.
Есть несколько причин, почему теплый автомобиль лучше: теплее в салоне, непромерзший аккумулятор и системы авто.
Зимние шины
Model S оборудована замечательной противобуксовочной системой и системой контроля устойчивости — авто реагирует на проскальзывание колес моментально. Необходимо иметь хорошее сцепление на дороге, и это значит — хорошие шины. Tesla S отлично управляется в снежную и морозную погоду, но крайне важен качественный набор зимних шин.
Pirelli Sotozeros, установленные с завода, являются далеко не лучшими для зимы. По факту они очень плохи. В очень скользких условиях автомобиль не сможет двигаться вообще. В данной ситуации можно выключить противобуксовочную систему, но лучшим решением станет сменить Pirellis на другие шины!
Я в настоящее время пользуюсь Michelin XIce3 и они значительно лучше, чем заводские шины Tesla. Многие люди используют Nokian Hakkapeliitta R2 — серьезные зимние шины с отличными характеристиками.
Получайте удовольствие от вождения и берегите себя!
Автор отзыва: Doug_G с сайта TeslaMotorsClub