Thermisch management: warmtepomp als wintermazzel

Moderne elektrische auto's gebruiken een warmtepomp om warmte uit de accu, motor of buitenlucht te halen en in de cabine te blazen. Zo besparen ze energie en houden ze het bereik in de winter op peil.

Waarom thermisch management belangrijk is

De accu van een EV werkt het beste tussen 20 en 30 graden Celsius. Kouder, en de capaciteit zakt; warmer, en de levensduur lijdt. Thermisch management zorgt dat de accu in dat optimale venster blijft, zowel in de winter als bij hoge laadstromen.

Een goed thermisch systeem kan accuverwarming in koude nachten inschakelen, maar ook koeling bij warm weer. Het verbruikt zelf energie, maar voorkomt grotere verliezen. De efficiëntie van het hele systeem bepaalt mede hoe ver je kunt rijden met een volle accu.

Hoe een warmtepomp werkt in een EV

Een warmtepomp werkt omgekeerd van een koelkast: hij onttrekt warmte aan een bron en zet die met behulp van een compressor om naar hogere temperatuur. In de winter haalt hij warmte uit de buitenlucht, of uit het koelcircuit van de accu, en geeft dat af aan het interieur. Zo kan een warmtepomp 2 tot 3 kWh aan warmte per kWh elektriciteit leveren, in plaats van het klassieke PTC-element dat maar 1 kWh produceert.

Bij temperaturen rond het vriespunt neemt de efficiëntie van een warmtepomp af, omdat de buitenlucht minder warmte bevat. Daarom schakelen de meeste systemen onder -10°C over op een extra elektrische verwarmer. De warmtepomp blijft dan nuttig voor het leveren van warmte aan de accu, die anders sneller zou afkoelen.

Warmte uit accu en motor: hergebruik dat loont

De accu en de elektromotor produceren warmte tijdens het rijden. Een slim thermisch management vangt die warmte op en slaat die tijdelijk op in de accu of leidt die direct naar de cabine. Zo hoeft de warmtepomp minder hard te werken. Bij snelwegritten kan de warmte van de motor ruim voldoende zijn om de cabine op 21 graden te houden.

Tesla gebruikt bijvoorbeeld een octovalve-systeem dat alle circuits met elkaar verbindt. Hierdoor kan warmte uit de motor of de accu worden omgezet naar de verwarming van de cabine zonder extra energie. Volgens onafhankelijke tests bespaart dit 5 tot 10 procent bereik op een koude rit van 100 kilometer.

Warmtepomp versus weerstandsverwarming: cijfers en effect

Een weerstandsverwarming (PTC-element) verbruikt 5 tot 7 kilowatt om de cabine te verwarmen. Een warmtepomp doet dat met 1,5 tot 3 kilowatt, afhankelijk van de buitentemperatuur. Bij 0°C is de prestatiefactor (COP) ongeveer 2,5, maar daalt tot 1,2 bij -15°C.

Bij strenge vorst profiteer je alsnog van een warmtepomp, maar het verschil wordt kleiner. Daarom is voorverwarmen aan de laadpaal extra belangrijk.

Voorverwarmen: het belangrijkste slimme trucje

De meeste EVs hebben een app waarmee je de cabine vooraf kunt verwarmen terwijl de auto aan de lader hangt. Zo gebruik je netstroom in plaats van accustroom, en start je met een warme accu en cabine. De verwarming draait dan op 220 volt en kost geen bereik.

Voorverwarmen heeft ook een gunstig effect op snelladen: een warme accu accepteert een hogere C-rate, en de laadtijd kan tot 15 minuten korter zijn dan bij een koude accu. Sommige auto's, zoals Hyundai en Kia, hebben een preconditioning-knop die de accu voorverwarmt tijdens het rijden naar een snellader, wat vooral in de winter loont.

Toekomst: warmteopslag en uitbreidingsopties

De nieuwste EV's experimenteren met faseovergangsmaterialen die warmte in de accu opslaan, zodat die langer warm blijft zonder energie te verbruiken. Zo heeft de BMW iX bijvoorbeeld een aparte accuverwarmingsfunctie die op ingenieuze wijze warmte bewaart voor het laden.

Ook zien we dat thermisch management steeds meer wordt gecombineerd met warmtepompen in een geïntegreerd systeem. De eerste auto's met een tweekrings warmtepomp en warmteopslag zijn al op de markt, en de verwachting is dat dit 10 tot 15 procent extra bereik in de winter kan opleveren.

Veelgestelde vragen

Heeft elke elektrische auto een warmtepomp?

Nee, warmtepompen zijn in Europa nog vaak een optie, vooral bij instapmodellen. PTC-verwarming is goedkoper, maar minder efficiënt. Het is de moeite waard om bij koud weer te kiezen voor een warmtepomp.

Kan ik de warmtepomp inschakelen op afstand?

Ja, de meeste apps bieden een verwarmingsfunctie die je kunt starten vóór vertrek. Dit kan ook op een timer ingesteld worden, zodat de auto altijd klaar is als jij dat bent.

Is thermisch management hetzelfde als een warmtepomp?

Nee, warmtepomp is een onderdeel van thermisch management. Thermisch management omvat ook de koelvloeistofcirculatie, de ventilatoren en de regelstrategie die alles combineert.