Popularyzacja elektromobilności wymaga nie tylko rozmowy o nowych modelach, ale również np. przybliżania budowy elektryków. Co zatem odróżnia je od aut spalinowych? Kilka elementów, np. związanych z układem chłodzenia.
W tradycyjnym samochodzie, ze względu na ograniczoną sprawność jednostek napędowych, ciepło jest niejako produktem ubocznym silnika spalania wewnętrznego. Ze spalania paliwa, jedynie 30-40% ciepła jest zamieniane na pracę użyteczną, reszta wydzielana jest jako straty chłodzenia (ok. 25-30%), straty wylotowe (ok. 25-30%) oraz pozostałe straty ciepła odprowadzonego do otoczenia (do kilku %). Z jednej strony np. ciepło strat chłodzenia jest konieczne do osiągnięcia optymalnych warunków roboczych, przy których silnik może w najefektywniejszy sposób spalać paliwo oraz jest niezbędne do ogrzania kabiny samochodu np. zimą. Z drugiej strony w nadmiarze może się okazać groźne dla samej konstrukcji jednostki napędowej (przegrzanie może doprowadzić do uszkodzenia uszczelki pod głowicą czy nawet zatarcia jednostki napędowej). Jak sytuacja wygląda w przypadku silnika elektrycznego? Teoretycznie e-napęd nie musi osiągać temperatury roboczej, w praktyce zachowanie optymalnego bilansu cieplnego jest niezbędne do jego prawidłowego funkcjonowania. Aczkolwiek należy zauważyć, że straty ciepła są nieporównywalnie niższe niż w przypadku napędów konwencjonalnych.
Inżynierowie do tej pory pozbywali się temperatury z silnika przede wszystkim w jeden sposób. W autach spalinowych najczęściej stosowany jest wymuszony pompą obieg cieczy chłodzącej. W uproszczeniu – w skład obiegu chłodzącego wchodzi zatem wspomniana pompa wody, napędzana z wału korbowego silnika, chłodnica cieczy umieszczona w przewiewnym miejscu, nagrzewnica umieszczona we wnętrzu (służąca do jego ogrzewania), termostat i zespół połączeń. W nowych rozwiązaniach chłodzone cieczą oprócz silnika mogą być turbosprężarki, alternatory czy nawet spaliny docierające do zaworu EGR. Ponadto, coraz częściej zamiast tradycyjnych mechanicznych termostatów, stosowane są rozwiązania z elektrycznie sterowanym przepływem czynnika – wynika to z norm gazów wylotowych i ma za zadanie utrzymać silnik niezależnie od warunków w temperaturze najbardziej zbliżonej do optymalnej. To sprawia, że układy chłodzenia stały się systemami bardzo złożonymi i skomplikowanymi, a co za tym idzie znacząco wzrosło ryzyko wystąpienia awarii. Napędy elektryczne zmieniają jednak tę sytuację. Specyfika ich działania sprawia, że stosować można co najmniej kilka rozwiązań.
Układ chłodzenia w EV – jakie są różnice?
Gdy mówimy o silnikach elektrycznych o dużej mocy, na ogół projektanci stawiają na pompę cieczy i układ przewodów z płynem chłodzącym. Płyn jest jak najbardziej typowy, sposób rozprowadzenia układu już nie. Musi on bowiem obejmować m.in. falownik. Zatem czy auto elektryczne ma chłodnicę? Tak, najmocniejsze lub najbardziej zaawansowane modele jak najbardziej ją mają.
W sytuacji, w której w aucie zamontowany jest mniej sprawny motor elektryczny, jego chłodzenie można ograniczyć tak właściwie do wentylatora. Wentylator taki może być umieszczony na osi silnika elektrycznego (w motorach o małej mocy) albo może być napędzany przez swój własny napęd elektryczny.
Identycznie jak w napędzie spalinowym, tak w napędzie elektrycznym chłodzenia wymaga też skrzynia biegów, która w samochodzie elektrycznym ograniczona jest praktycznie do roli mechanizmu różnicowego. W tym przypadku w roli wymiennika ciepła występuje jednak olej. Czy na tym kończy się rola inżynierów? Niestety nie. Układ elektryczny wymaga jeszcze jednego działania, a to dotyczy akumulatorów. W tym przypadku jednak problem jest nieco bardziej złożony. Czasami bowiem ciepło należy od nich odebrać, a czasami… dostarczyć.
Układ chłodzenia w samochodzie elektrycznym – uwaga na baterie!
Baterie w trakcie eksploatacji albo ładowania mocno się nagrzewają. I dlatego wymagają chłodzenia. Odbieranie temperatury jest też realizowane np. w upalne dni i to nawet w czasie postoju. A to jeszcze nie koniec. Co bowiem z zimą? Wtedy akumulatory wymagają ogrzewania. Dostarczenie do nich ciepła poprawia sposób ich pracy. Sprawia np., że przy mrozie dochodzącym do -18 stopni Celsjusza nie tracą nawet 29 proc. swojej pojemności oraz nie ładują się nawet dwa razy wolniej. Sprawnie działający układ chłodzenia i ogrzewania akumulatorów jest niezwykle ważny z jeszcze jednego powodu. To on w dużej mierze decyduje o trwałości ogniw.
W niektórych autach elektrycznych stosuje się układ chłodzenia baterii, połączony z chłodzeniem silnika. Przykład stanowi Tesla, która w modelach S i X posiada elastyczną taśmę z szeregiem kanalików do rozprowadzania cieczy chłodzącej na bazie glikolu.