Зимова експлуатація — це головний “екзамен” для будь-якого електромобіля. Власники часто помічають, що з настанням морозів реальний запас ходу скорочується майже вдвічі. Головна причина — не лише те, що ємність акумулятора взимку знижується через сповільнення хімічних процесів, а й величезні витрати енергії на обігрів салону та самої батареї.
Саме тут у гру вступає тепловий насос (heat pump) — технологія, яка стає обов’язковим стандартом для сучасних EV. AUTOGEEK розбирався, як цей агрегат дозволяє зберігати дорогоцінні кілометри та чи дійсно він є панацеєю від “зимового стресу” електромобіля.
Що таке тепловий насос в електромобілі і як він працює?
Якщо звичайний електричний обігрівач (PTC-нагрівач) працює за принципом домашнього фену, просто пропускаючи струм через резистивний елемент для генерації тепла, то тепловий насос функціонує як “холодильник навпаки”.
Різниця між ТЕНом (PTC-нагрівачем) та тепловим насосом
РТС-нагрівач (Positive Temperature Coefficient) має ККД близько 95-98%. Це означає, що на 1 кВт витраченої енергії він видає трохи менше 1 кВт тепла. У морозну ніч для обігріву салону потрібно 4–6 кВт. Це колосальне навантаження, яке буквально висмоктує енергію з високовольтної батареї.
Фізика процесу: перенесення енергії замість її створення
Тепловий насос не створює тепло “з нуля”, а переміщує його. Він забирає низькопотенційне тепло з навколишнього середовища (навіть якщо на вулиці -10°C) та від компонентів автомобіля (електродвигуна, інвертора, зарядного пристрою). За допомогою компресора та холодоагенту це тепло концентрується і передається в салон.
Завдяки цьому Коефіцієнт корисної дії (COP) системи може сягати 3.0 або навіть 4.0. Тобто на 1 кВт витраченої електрики ви отримуєте 3–4 кВт тепла. Саме цей важіль дозволяє суттєво зменшити навантаження на основний акумулятор.
Чому ємність акумулятора взимку стрімко падає?
Зниження пробігу взимку — це комплексний фізико-хімічний процес. Власникам важливо розуміти, куди зникають відсотки на екрані приладової панелі.
Вплив низьких температур на хімічні процеси
Всередині літій-іонних комірок рух іонів літію через електроліт сповільнюється при охолодженні. Внутрішній опір зростає, що призводить до двох наслідків:
- Батарея не може віддати всю свою номінальну енергію.
- Система керування (BMS) програмно обмежує потужність, щоб не пошкодити комірки.
Деградація батареї електромобіля: чи винен у цьому холод?
Багатьох хвилює питання: чи прискорює зима деградацію батареї електромобіля? Насправді, сам по собі холод не такий руйнівний, як перегрів влітку. Проте існує критичний нюанс — зарядка. Спроба подати велику потужність (Fast Charge) на холодну батарею може призвести до літієвого плакування (утворення металевого літію на аноді), що безповоротно знижує ємність.
Тепловий насос допомагає і тут, оскільки він зазвичай інтегрований у систему термоменеджменту, яка може використовувати надлишкове тепло для підігріву батареї перед зарядкою, зберігаючи її ресурс.
Тепловий насос vs PTC-нагрівач: цифри та факти
Ефективність системи опалення напряму корелює з дальністю поїздки. Давайте поглянемо на розрахунки.
Як досягається економія до 30% заряду
Уявіть поїздку тривалістю 2 години.
- Без теплового насоса: На обігрів витрачається 5 кВт/год. За 2 години це 10 кВт. Якщо ваша батарея має 40 кВт·год, ви щойно втратили 25% всього заряду лише на тепло.
- З тепловим насосом: Споживання падає до 1.5–2 кВт/год. За 2 години витрачається лише 3–4 кВт. Це дозволяє проїхати на 20–30 км більше.
Ефективність при екстремально низьких температурах
Важливо зазначити, що тепловий насос найбільш ефективний у діапазоні від +5°C до -10°C. При температурах нижче -15°C або -20°C його ефективність (COP) падає, і в роботу часто включаються допоміжні РТС-нагрівачі. Проте, згідно зі статистикою, більшість зимових днів у помірному кліматі проходять саме в “ідеальному” для насоса діапазоні.
Електромобілі з тепловим насосом: список популярних моделей
Раніше ця опція була преміальною, але сьогодні вона зустрічається навіть у бюджетному сегменті. Ось актуальний електромобілі з тепловим насосом список:
| Бренд | Моделі | Особливості |
| Tesla | Model 3, Model Y, S, X | З 2021 року тепловий насос є базовим обладнанням. |
| Hyundai / Kia | Ioniq 5, EV6, Kona Electric | Використовують високоефективні системи з відбором тепла від двигуна. |
| Volkswagen Group | ID.3, ID.4, Audi Q4 e-tron | Часто йде як опція для холодних країн. |
| Nissan | Leaf (ZE1) | Доступний у комплектаціях для європейського та американського ринків. |
| BMW | i3, i4, iX | Одна з найкращих систем термоменеджменту на ринку. |
| Renault | Zoe | Один із перших серійних авто з цією технологією. |
Майбутнє технологій: solid-state battery та термоменеджмент
Поки ми боремося за кожний відсоток ККД сучасних систем, інженери вже тестують наступне покоління накопичувачів енергії.
Ресурс твердотільних батарей
Твердотільні акумулятори (solid-state batteries) використовують твердий електроліт замість рідкого. Це робить їх пожежобезпечними та набагато стійкішими до температурних коливань. Прогнозований ресурс твердотільних батарей перевищує 5000–10000 циклів заряд-розряд, що фактично робить їх “вічними” для терміну служби одного авто.
Швидкість зарядки solid-state battery взимку
Одна з головних проблем низьких температур — повільна зарядка. Очікується, що швидкість зарядки solid-state battery буде в рази вищою за поточні показники. Завдяки стабільності структури, такі батареї зможуть приймати високий струм навіть при низьких температурах без ризику деградації, що зніме необхідність у тривалому прогріві перед сесією на Supercharger.
Чи варто переплачувати за тепловий насос при купівлі авто?
Це головне питання для покупців на вторинному ринку або при замовленні нового авто з салону.
Аргументи ЗА:
- Запас ходу: Ви отримуєте додаткові 20-50 км пробігу в холодну погоду.
- Швидкість прогріву: Тепловий насос зазвичай починає подавати тепле повітря швидше, ніж ТЕН.
- Ліквідність: Авто з насосом продається дорожче і швидше, оскільки покупці обізнані про його переваги.
Аргументи ПРОТИ:
- Ціна: Як опція він може коштувати від $800 до $1500.
- Складність: Більше рухомих частин, фреонові магістралі та компресор потребують обслуговування (хоча й рідко).
Висновок: Якщо ви живете в регіоні, де зима триває більше 3 місяців, а температура регулярно опускається нижче +5°C, переплата за тепловий насос окупиться вашим спокоєм та економією часу на зарядних станціях.
Тепловий насос не варто називати просто маркетинговим ходом. Зараз це вже необхідна інженерна відповідь на виклики зимової експлуатації. Він дозволяє нівелювати один з найбільших недоліків EV — втрату автономності в морози. Розуміючи, як працює ємність акумулятора взимку та обираючи правильну комплектацію, ви зможете насолоджуватися перевагами електричного транспорту незалежно від прогнозу погоди.
У майбутньому, з розвитком технологій на кшталт твердотільних батарей, питання зимового пробігу взагалі піде в минуле, але сьогодні тепловий насос — це ваш найкращий союзник у боротьбі з холодом.
