Wärmepumpe (Elektroauto)

Eine Wärmepumpe im Elektroauto ist ein Heizsystem für den Innenraum, das vorhandene Wärme ins Fahrzeug verlagert, anstatt sie von Grund auf neu zu erzeugen, und sie zählt zu den lohnendsten Bausteinen der Klimatisierungstechnik in einem modernen Elektroauto. Da ein Elektroauto keinen heißen Verbrennungsmotor besitzt, dessen Abwärme sich nutzen ließe, verließen sich frühe Elektroautos auf einen Widerstandsheizer, im Grunde ein großes elektrisches Heizelement, das Batterieenergie direkt in Wärme umsetzt. Dieser Ansatz funktioniert zwar, ist aber verschwenderisch und kann bei Kälte einen erheblichen Teil der Batterie verschlingen - und beschneidet die Reichweite genau dann, wenn die Bedingungen ohnehin gegen das Auto stehen.

Die Wärmepumpe umgeht diese Verschwendung, indem sie denselben thermodynamischen Kreisprozess nutzt wie ein Haushaltskühlschrank oder eine Klimaanlage, nur in Heizrichtung betrieben. Ein Kältemittel zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf; es nimmt niederwertige Wärme aus der Außenluft, aus Motor und Leistungselektronik oder aus der Batterie auf, wird anschließend verdichtet, um seine Temperatur anzuheben, und gibt diese konzentrierte Wärme an den Innenraum ab, bevor es entspannt und der Kreislauf von Neuem beginnt. Entscheidend ist, dass der Strom nur für den Betrieb von Verdichter und Pumpen aufgewendet wird, nicht für die Erzeugung der Wärme selbst, die kostenlos aus der Umgebung gewonnen wird.

Deshalb ist eine Wärmepumpe so viel effizienter als ein Widerstandsheizer. Während ein Widerstandselement bestenfalls eine Einheit Wärme je Einheit Strom liefert, erzeugt eine Wärmepumpe je nach Bedingungen typischerweise zwei bis drei Einheiten Wärme pro verbrauchter Einheit Strom. In der Praxis bedeutet das eine spürbare Verbesserung von Winterreichweite und Gesamteffizienz: Häufig gewinnt sie einen nennenswerten Anteil jener Reichweite zurück, die ein widerstandsbeheiztes Auto an einem kalten Tag einbüßen würde, und senkt den Energiebedarf für die Innenraumbehaglichkeit über die kühleren Monate hinweg.

Die Technik hat allerdings ihre Grenzen. Ihr Vorteil hängt davon ab, dass überhaupt Umgebungswärme zum Entziehen vorhanden ist, weshalb ihre Wirksamkeit mit sinkender Temperatur nachlässt; bei extremer Kälte weit unter dem Gefrierpunkt steckt kaum noch Wärme in der Außenluft, und das System gewinnt weniger, sodass mitunter eine zusätzliche Widerstandsheizung einspringen muss, um mitzuhalten. Eine Wärmepumpe erhöht zudem die Kosten und Komplexität des Fahrzeugs, weshalb manche Hersteller sie serienmäßig verbauen, während andere sie als Option anbieten oder höheren Ausstattungslinien vorbehalten.

Im größeren Wärmehaushalt arbeitet die Wärmepumpe selten für sich allein. Zunehmend ist sie in das Thermomanagement der Batterie und in Vorkonditionierungsfunktionen eingebunden und verteilt Wärme zwischen Batterie, Motor und Innenraum, sodass die Abwärme einer Komponente andernorts genutzt wird. Ist das Auto angeschlossen, kann die Vorkonditionierung Innenraum und Batterie vor der Abfahrt mit Netzstrom temperieren, und eine Wärmepumpe macht diesen Vorgang günstiger und schneller. So schützt sie im Zusammenspiel mit diesen Systemen sowohl die Effizienz als auch die reale Reichweite bei Kälte.