Warmtepompen in Elektrische Voertuigen: Reikwijdteoptimalisatie en Thermisch Beheer

Published by Redactie on oktober 7, 2025 | Category warmtepomp

Inleiding

Warmtepompen zijn traditioneel gekoppeld aan toepassingen zoals woningverwarming en zwembaden. Echter, de laatste jaren is deze technologie ook steeds vaker toegepast in elektrische voertuigen (EVs), met name om de actieradius te optimaliseren. In elektrische auto’s zoals de Volkswagen e-Golf en de ID.7 speelt een warmtepomp een cruciale rol bij het thermisch beheer van het voertuig, waardoor energiebesparing en een efficiënter gebruik van de accu worden bereikt. In dit artikel wordt ingegaan op de werking van warmtepompen in elektrische voertuigen, hun rol bij het optimaliseren van de reikwijdte, en het thermische beheer dat nodig is om een elektrische motor en accu op optimale temperatuur te houden. De informatie is gebaseerd op gegevens uit betrouwbare bronnen, waaronder technische documentatie over Volkswagen-modellen, automobilistenportalen en thermische systeembeschrijvingen.

Werking van Warmtepompen in Elektrische Voertuigen

Principe van Werking

Een warmtepomp in een elektrische auto werkt volgens hetzelfde principe als een traditionele warmtepomp voor woningverwarming. Het apparaat onttrekt warmte uit de omgeving – meestal de buitenlucht – en gebruikt deze om het interieur van het voertuig of de accu op temperatuur te houden. Het proces bestaat uit een cyclus van verdampte en condenserende koudemiddelen, die warmte opnemen en afgeven. De vier stappen van de cyclus zijn:

Warmteopname: Het koudemiddel verdampt in de verdamper, waarbij het warmte onttrekt aan de omgeving.
Compressie: De verdampende stof wordt met een compressor samengeperst, waardoor de temperatuur en druk stijgen.
Warmteafgifte: De warme stoom geeft de warmte af in de condensor, bijvoorbeeld aan het interieur of de accu.
Expansie en cyclusherhaling: Het koudemiddel wordt door een expansieventiel afgekoeld, waarna het opnieuw begint aan de cyclus.

De efficiëntie van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de COP-waarde (Coefficient of Performance). De COP geeft aan hoeveel warmte wordt opgewekt per kWh elektriciteit die wordt verbruikt. Hoe hoger de COP, hoe efficiënter de warmtepomp is. Bij hogere buitentemperaturen is de COP vaak hoger, omdat de warmtepomp relatief makkelijker warmte kan onttrekken aan de omgeving.

Warmtepomp voor Actieradiusoptimalisatie (WPU)

Een belangrijk aspect van warmtepompen in elektrische voertuigen is hun bijdrage aan het optimaliseren van de actieradius. In veel EV-modellen, zoals de Volkswagen e-Golf, is een warmtepomp voor actieradiusoptimalisatie (WPU) standaard of als optie beschikbaar. Deze warmtepomp helpt bij het verminderen van het energieverbruik voor het opwarmen of afkoelen van het voertuig en de accu. In koelere klimaten kan het opwarmen van het interieur en het onderhouden van een optimale accutemperatuur aanzienlijk invloed hebben op de reikwijdte. Een traditionele verwarmer die elektriciteit verbruikt, kan tot 20% van de accukapaciteit verbruiken bij het opwarmen van het interieur. Een warmtepomp is daarentegen aanzienlijk efficiënter en draagt zo bij aan een langere actieradius.

Thermisch Beheer in Elektrische Voertuigen

Elektrische voertuigen vereisen niet alleen warmteopwekking, maar ook een complex systeem om de temperatuur van de E-motor, de vermogenselektronica en de accu in een optimaal bereik te houden. Dit thermisch beheer is essentieel voor het efficiënt functioneren van het voertuig en de levensduur van de accu. In elektrische voertuigen zoals de Volkswagen ID.7 wordt dit bereikt via een geperfectioneerde thermische opstelling die meerdere circuits gebruikt, elk met eigen componenten zoals koelers, koelvloeistofpompen, thermostaten en sensoren.

Het systeem kan worden onderverdeeld in:

Koudemiddelgebaseerd systeem: Dit omvat een condensor, verdamper en accueenheid. Het is verbonden met het koudemiddelcircuit van de airconditioning en wordt apart geregeld via ventielen en temperatuursensoren.
Koelvloeistof- en koudemiddelgebaseerd circuit: Dit is vooral zinvol bij krachtige accu’s, omdat het complexere thermische beheer mogelijk maakt. Het systeem is verdeeld in meerdere circuits, elk met eigen koeler, koelvloeistofpomp en thermostaat.
Accutemperatuurregulatie: Bij lage buitentemperaturen wordt een elektrische koelvloeistofverwarming gebruikt om de accu op voldoende temperatuur te houden. Bij hoge temperaturen zorgt het systeem voor afkoeling om schade aan de accu te voorkomen.

De thermische opstelling maakt het mogelijk om de E-motor en de accu binnen een efficiënt temperatuurbereik te houden, wat zorgt voor een betere accuperformance en langer gebruik. Het thermisch beheer draagt ook bij aan het verminderen van energieverbruik en het verlengen van de acculevensduur.

Voordelen van Warmtepompen in Elektrische Voertuigen

1. Verlengde Actieradius

Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van een warmtepomp in een elektrische auto is de verlengde actieradius. In vergelijking met traditionele verwarmingsmethoden, zoals een elektrische verwarmer, is een warmtepomp aanzienlijk efficiënter. De COP-waarde van een warmtepomp is vaak hoger dan 3, wat betekent dat voor elke kWh elektriciteit die wordt verbruikt, er 3 kWh aan warmte wordt opgewekt. In tegenstelling therénteelt een elektrische verwarmer slechts 1 kWh aan warmte per kWh elektriciteit. Dit verschil heeft een directe impact op de actieradius van een elektrische auto, vooral in koude klimaten waar het opwarmen van het interieur en de accu energie kost.

2. Efficiënt Thermisch Beheer

Naast het opwarmen van het interieur draagt een warmtepomp bij aan het thermisch beheer van de accu en de E-motor. Door de accutemperatuur binnen een efficiënt bereik te houden, wordt het vermogen van de accu behouden en wordt het risico op schade of verminderde levensduur verkleind. In koude omstandigheden kan een warmtepomp ook het opwarmen van de accu faciliteren, waardoor de accu sneller gereed is voor gebruik. In warme omstandigheden kan het systeem ook voor afkoeling zorgen, zodat de accu niet oververhit raakt.

3. Vermindering van Energieverbruik

Door het gebruik van een warmtepomp in plaats van een traditionele elektrische verwarmer, kan het energieverbruik voor het opwarmen van het interieur en het thermisch beheer van de accu aanzienlijk worden verminderd. Dit leidt tot een langere actieradius en minder frequent opladen, wat zowel comfort als duurzaamheid biedt. Tevens heeft het gebruik van een warmtepomp een positief effect op de CO₂-uitstoot van het voertuig, omdat minder elektriciteit nodig is voor het opwarmen van het interieur.

4. Verbeterde Comfort

De warmtepomp draagt bij aan een hogere comfortniveau in elektrische voertuigen. Het opwarmen van het interieur is sneller en efficiënter, wat zorgt voor een comfortabel rijden in koude omstandigheden. Tevens kan het systeem ook voor afkoeling zorgen in warme omstandigheden, waardoor de inzittenden het gevoel hebben van een aangename temperatuur binnen het voertuig. In de Volkswagen e-Golf is een warmtepomp bijvoorbeeld standaard opgenomen in de comfortuitrusting, wat zorgt voor een betere luchtvochtigheid en een aangenamer interieuromgeving.

Aandachtspunten bij het Gebruik van Warmtepompen in Elektrische Voertuigen

1. Efficiëntie bij Lage Buitentemperaturen

Hoewel warmtepompen in elektrische voertuigen efficiënter zijn dan traditionele verwarmingsmethoden, is hun efficiëntie afhankelijk van de buitentemperatuur. Bij temperaturen onder de 0 °C kan de COP-waarde aanzienlijk dalen, wat betekent dat de warmtepomp minder efficiënt werkt. In extreme koude omstandigheden kan het opwarmen van het interieur en de accu extra energie kosten, wat kan leiden tot een kortere actieradius. In dergelijke gevallen kan het gebruik van een elektrische verwarmer noodzakelijk zijn om een comfortabele interieurtemperatuur te behouden.

2. Onderhoud en Problemen

Net zoals elke technologische component in een elektrische auto, vereist een warmtepomp regelmatig onderhoud om optimaal te functioneren. Problemen zoals een bevroren warmtewisselaar of een defecte compressor kunnen het functioneren van de warmtepomp beïnvloeden. In sommige gevallen kan een foutmelding zoals "Error107" worden weergegeven, wat aangeeft dat de warmtewisselaar bevroren is. Dit is echter geen defect, maar duidt op actieve werking van de warmtepomp. In dergelijke gevallen kan het plaatsen van het voertuig in de zon helpen om de efficiëntie te verbeteren.

3. Compatibiliteit en Integratie

Het integreren van een warmtepomp in een elektrische auto vereist compatibiliteit met het bestaande systeem. De warmtepomp moet goed worden aangesloten op het koudemiddelcircuit en het thermische beheersysteem. In sommige gevallen kan het noodzakelijk zijn om aanvullende componenten toe te voegen, zoals een warmtewisselaar of een extra koelcircuits. Het is belangrijk om te controleren of de warmtepomp compatibel is met het bestaande systeem en of aanvullende installaties nodig zijn.

Toepassing in Specifieke Modellen

Volkswagen e-Golf

De Volkswagen e-Golf is een voorbeeld van een elektrische auto die standaard uitgerust is met een warmtepomp voor actieradiusoptimalisatie (WPU). Deze warmtepomp helpt bij het verhogen van de actieradius en het thermisch beheer van het voertuig. In de e-Golf is de warmtepomp onderdeel van het comfortpakket en draagt bij aan een sneller opwarmen van het interieur en het behouden van een optimale accutemperatuur. De e-Golf is ook uitgerust met elektrische ramen, een comfortstoel, en een elektrische verwarming, waardoor het rijcomfort wordt vergroot.

Volkswagen ID.7

De Volkswagen ID.7 is een elektrische sedan die beschikbaar is in twee accuvarianten. Voor de lanceringseditie is het model uitgerust met een 77 kWh-batterij, waarmee het een elektrisch bereik van tot 620 km (WLTP) kan behalen. De ID.7 maakt gebruik van een geavanceerd thermisch beheersysteem dat bestaat uit meerdere circuits en een koudemiddelgebaseerd systeem. Dit systeem zorgt voor een efficiënt beheer van de accutemperatuur en de motor, wat leidt tot een verlengde actieradius en een betere accuprestatie. De ID.7 is ook uitgerust met een warmtepomp die draagt bij aan het opwarmen van het interieur en het thermisch beheer van het voertuig.

Samenvatting

In elektrische voertuigen speelt een warmtepomp een cruciale rol bij het optimaliseren van de actieradius en het thermisch beheer van het voertuig. De warmtepomp onttrekt warmte uit de omgeving en gebruikt deze om het interieur en de accu op temperatuur te houden. In vergelijking met traditionele verwarmingsmethoden is een warmtepomp aanzienlijk efficiënter, wat leidt tot een verlengde actieradius en een vermindering van het energieverbruik. Tevens draagt het thermische beheer bij aan het behouden van een optimale accuprestatie en levensduur. In modellen zoals de Volkswagen e-Golf en de ID.7 is het gebruik van een warmtepomp standaard of als optie beschikbaar. Het is echter belangrijk om rekening te houden met aandachtspunten zoals efficiëntie bij lage temperaturen, onderhoud en compatibiliteit. Door het juist in te zetten kan een warmtepomp bijdragen aan een efficiënter en comfortabeler elektrisch rijden.