Los desafíos de calentar un BEV

La mayoría de los compradores de automóviles nuevos probablemente no muestran mucho interés en el sistema de calefacción de un vehículo antes de comprarlo. Es simplemente algo que está ahí, que se espera que sea útil y no visto como un punto de diferenciación.

Sin embargo, con la creciente popularidad de los vehículos eléctricos de batería (BEV), esa situación podría cambiar, ya que el sistema de calefacción convencional, tal como lo conocemos, ya no existe en los BEV. Y lo que existe puede tener un efecto mucho mayor de lo que espera en el nivel general de satisfacción del comprador.

¿Por qué la diferencia? Porque la fuente de calor en un vehículo convencional (el calor residual del motor) simplemente no existe en un BEV.

Con un sistema de calefacción convencional, que se ha utilizado desde que Cadillac lo introdujo en 1926, el calor se transfiere del motor a un líquido (agua/anticongelante). Ese líquido circula a través de un sistema cerrado que incluye un núcleo calefactor (pequeño radiador), a través del cual se dirige el aire al habitáculo, ganando calor del núcleo.

Un ventilador ayuda a forzar el aire caliente dentro y alrededor del interior para calentar a los ocupantes, además de desempañar/descongelar las ventanas.

El punto clave es que, sin un motor, un BEV simplemente no tiene esa gran fuente de calor “gratuito” disponible.

Las baterías generan algo de calor, además de algo de la electrónica de potencia, y algunos fabricantes de automóviles están transfiriendo ese calor a la corriente de aire; todo ayuda. Pero no es suficiente para reemplazar lo que normalmente estaría disponible en un motor.

La solución obvia adoptada por muchos es reemplazar el núcleo del calentador con un elemento calefactor eléctrico resistivo, como el de un calentador eléctrico antiguo.

Sin embargo, en lugar de simplemente una bobina de cable resistivo, el sistema moderno utiliza un elemento calefactor PTC (coeficiente de temperatura positivo) autorregulable con protección inherente contra el sobrecalentamiento.

El resto del sistema de calefacción puede permanecer prácticamente igual y el calor instantáneo del elemento calefactor eléctrico significa que el interior puede calentarse incluso más rápidamente que con el calentamiento gradual de un motor.

El problema con esa solución es que la única fuente de energía para el calentador eléctrico es la misma que se usa para impulsar el vehículo: su batería. Por lo tanto, cada vatio de energía utilizado para calefacción es uno que no está disponible para conducir. Esta es una de las razones por las que la autonomía de conducción de los BEV tiende a reducirse drásticamente a temperaturas ambiente bajas.

Otra alternativa, introducida por Nissan en el Leaf 2012 y ahora empleada en varios BEV y PHEV, es el uso de una bomba de calor reversible, en realidad un sistema de aire acondicionado que puede funcionar a la inversa.

En términos simples, una bomba de calor transfiere energía del aire exterior a un refrigerante a través de un evaporador externo (incluso cuando hace frío afuera), luego comprime el refrigerante, que lo calienta y libera ese calor en el compartimiento de pasajeros a través de un condensador interno. .

Las complejidades de hacer que un sistema HVAC sea reversible para que actúe como aire acondicionado y bomba de calor son considerables y, en consecuencia, costosas. Pero una multitud de pruebas publicadas confirman que es al menos tan eficaz como el calentamiento resistivo y reduce el impacto negativo en la autonomía.

Sin embargo, existe una limitación. La eficiencia de una bomba de calor disminuye a medida que baja la temperatura exterior. Si bien puede ser muy eficaz a 0°C, lo es mucho menos a -20°C y alcanza su límite práctico alrededor de -30°C. Lo cual, desafortunadamente, es una temperatura no infrecuente en gran parte de Canadá. Por lo tanto, incluso una bomba de calor necesita en extremo alguna fuente de calor adicional.

Cualquiera que sea el sistema central que se utilice, el objetivo final de lograr la comodidad de los pasajeros puede ser ayudado por medios alternativos, como concentrar el calor en áreas específicas del cuerpo. Con ese fin, ya se utilizan ampliamente asientos y volantes con calefacción.

Yendo un paso más allá, Toyota es el primer fabricante de automóviles que emplea calefacción radiante en un vehículo de producción, dirigida a las zonas de las piernas y los pies del conductor y del acompañante en los modelos bZ4x de nivel superior.

General Motors, en colaboración con una empresa de gestión térmica llamada Gentherm, planea ampliar ese enfoque con un sistema de control de microclima individualizado de cuatro zonas en el próximo Cadillac Celestiq ultralujoso.

Se dice que ese sistema, llamado ClimateSense®, emplea 33 dispositivos microclimáticos únicos, que incluyen un pañuelo para el cuello y reposabrazos calefactables, que permiten a cada ocupante personalizar el nivel deseado de calefacción y refrigeración del asiento al tiempo que reducen significativamente el consumo total de energía.

Espere que alguna combinación de estas diversas tecnologías se convierta en la solución de calefacción definitiva en un caso en el que la necesidad realmente estimule la invención.