Punti chiave
- Il freddo estremo riduce significativamente l'autonomia dei veicoli elettrici: i processi chimici delle batterie rallentano a basse temperature, richiedendo più energia per il riscaldamento e riducendo la capacità utilizzabile.
- Il calore estremo accelera il degrado della batteria nel tempo, soprattutto quando i veicoli rimangono parcheggiati sotto il sole diretto con un elevato livello di carica.
- Il precondizionamento della batteria, ovvero il riscaldamento o il raffreddamento del pacco batterie prima della partenza, è la strategia più efficace per preservarne le prestazioni in condizioni di temperatura estreme.
- La batteria ausiliaria da 12 V dei veicoli elettrici è particolarmente vulnerabile in climi estremi e dovrebbe essere testata regolarmente per evitare problemi di avviamento.
- Gli operatori di flotte che operano in climi estremi dovrebbero stabilire parametri di riferimento stagionali per monitorare le variazioni dello stato di salute delle batterie nel tempo.
- Nei climi freddi, le considerazioni relative all'infrastruttura di ricarica cambiano: la ricarica rapida in corrente continua a temperature sotto zero potrebbe essere limitata dal BMS per proteggere le celle.
È stato previsto che entro la fine del 2022, circa sei milioni di veicoli elettrici verrà spedito in tutto il mondo. Gli Stati Uniti hanno annunciato centinaia di miliardi di dollari di investimenti per lo sviluppo di veicoli elettrici e le infrastrutture necessarie per sostenerli. Ma c’è una grande differenza tra l’utilizzo di un veicolo elettrico nelle aree temperate della costa occidentale e l’ambiente rigido del Minnesota settentrionale o il caldo desertico dell’Arizona.
I veicoli elettrificati affrontano sfide uniche in aree in cui il clima può diventare mortale per mesi alla volta. È possibile che i veicoli elettrici prendano il sopravvento anche in zone dal clima estremo? E in caso contrario, cosa deve succedere per renderli sostenibili ovunque?
Ecco cosa dovresti considerare riguardo all'elettrificazione nelle condizioni più difficili.
Portata ridotta a temperature estreme
Laddove il clima è estremo, l'autonomia di un veicolo elettrico sarà sicuramente inferiore all'autonomia che un proprietario di un veicolo può ottenere con una carica completa in condizioni meteorologiche normali da maglietta. Anche se a volte viene contestato, il consenso generale è che sia il caldo che il freddo estremi significano che non andrai così lontano prima di aver bisogno di una ricarica. Come dice il proverbio, “Le batterie sono più felici nell’intervallo in cui siamo più felici”.
Per viaggiare nel caldo estremo, l'autonomia della batteria è ridotta di circa il 17%. Ciò considerando temperature superiori a 95F, ed è quasi completamente dovuto al mantenimento del comfort della cabina. Il funzionamento dell’aria condizionata e del motore del ventilatore rappresentano gran parte del consumo energetico.
Per i climi freddi, il la riduzione della portata è leggermente superiore. Le stime collocano il calo dell'autonomia a temperature di 20F e più fredde intorno al 30% e le aree che diventano molto più fredde potrebbero vedere prestazioni anche a corto raggio. Ciò è dovuto in parte anche al comfort dell'abitacolo con un riscaldatore elettrico in funzione e sedili riscaldati, ma i climi freddi riducono l'autonomia poiché è necessario mantenere anche la temperatura del pacco batteria.
Lo stato di salute può essere ridotto
Climi freddi tendono a richiedere ricariche più frequenti. A differenza di un veicolo alimentato a gas che è essenzialmente “addormentato” mentre è parcheggiato, un veicolo elettrico consuma energia per mantenere la batteria in un intervallo di temperatura salutare. Se l'auto viene lasciata parcheggiata, scollegata, per un lungo tratto, la batteria può scaricarsi fino allo 0% ed è suscettibile di danni. È raro, ma possibile.
Il calore, d’altro canto, gioca un ruolo più diretto nel degrado della batteria. Lo stato di salute della batteria (SOH) diminuisce più rapidamente nei climi caldi secondo ricerca di Geotabe l'SOH può diminuire di circa il 10% in 48 mesi. La ricarica rapida CC a temperature elevate aggrava ulteriormente il problema.
Una riduzione del 10% dello stato di salute in quattro anni non sembra significativa di per sé, ma aggrava il problema della portata ridotta. Ad esempio, un veicolo con un’autonomia normale di 250 miglia quando la batteria è nuova potrebbe scendere a 225 miglia di autonomia dopo quattro anni. E se dovessero ottenere il 20% di autonomia in meno quando fa freddo, potrebbero essere fattibili solo 180 miglia di autonomia con una carica completa. Questo è ben lontano dalle 250 miglia originali che si aspettano, e potrebbe rappresentare un problema di ansia da autonomia.
Le infrastrutture di ricarica sono scarse
Nel sud della California, dove l’adozione di veicoli elettrici è probabilmente la più alta della nazione, le stazioni di ricarica stanno diventando sempre più comuni all’angolo delle strade, come se si trovassero in una stazione di servizio. La densità di popolazione nel clima temperato rende fattibile la creazione delle infrastrutture necessarie per caricare i veicoli elettrici, in particolare la ricarica rapida che non è possibile a casa del proprietario del veicolo.
Ma nelle aree in cui il clima è rigido, la densità di popolazione è notevolmente diversa. Le vaste distese di pianure ghiacciate del Nord Dakota sono alcune delle contee meno supportate per la ricarica dei veicoli elettrici. E questo trova eco in aree come la parte sud-orientale del New Mexico, dove le aree rocciose e desertiche non mostrano segni di vita per chilometri in ogni direzione.
In queste aree, un tratto di 50 miglia o più senza una stazione di servizio è una routine e l'incapacità di trovare servizi di ricarica sarà sicuramente un detrattore per l'adozione.
Nessun supporto dove non c'è griglia
Inoltre, alcune parti del paese semplicemente non hanno accesso all’elettricità allo stesso modo delle aree urbane. Le comunità potrebbero funzionare con generatori diesel. Alcune aziende agricole, attività commerciali e industriali in aree come il Wyoming e il Montana trasportano il carburante sul luogo di lavoro per i loro veicoli, e sostituirli con elettrificati non è un'opzione allo stesso modo. Inoltre, molti di questi veicoli commerciali accumulano più chilometri in un giorno rispetto all'autonomia media di un veicolo elettrico.
Dove non sono disponibili strutture di ricarica e dove queste non sono fattibili, come sarà possibile la transizione dai combustibili fossili all'elettrico?
Cosa è necessario per rendere i veicoli elettrici utilizzabili ovunque?
Per i veicoli leggeri, la maggior parte delle case automobilistiche e dei legislatori si è posta l’obiettivo di completare il passaggio dai combustibili fossili ai veicoli elettrici entro il 2035 o il 2040. Sembra molto lontano, ma ci sono sfide che dovranno essere superate nel prossimo decennio affinché ciò possa realizzarsi. giungere a buon fine.
Innanzitutto, la tecnologia delle batterie deve avanzare ulteriormente. Gli sviluppi stanno avvenendo rapidamente in aree come le batterie allo stato solido che consentiranno una ricarica più rapida e una maggiore autonomia, ma non sono ancora a punto. Ciò risolverà gran parte delle preoccupazioni legate alla ridotta autonomia in condizioni di freddo e caldo insieme ai problemi di SOH.
In secondo luogo, le infrastrutture di ricarica dovranno essere rese disponibili non solo per le aree urbane ma anche per gli automobilisti rurali e remoti. Ciò che sembra è solo un'ipotesi, ma è necessaria se diventa difficile procurarsi i combustibili fossili.
Sembra che la tecnologia delle batterie stia facendo passi avanti nella giusta direzione per la fattibilità dei climi estremi, sia in termini di autonomia che di ricarica più rapida. Nelle aree in cui le condizioni meteorologiche svolgono un ruolo importante, la necessità di gestire la batteria diventa una priorità assoluta. Le strutture di riparazione e le flotte dovrebbero essere preparate a mantenere e riparare le batterie dei veicoli elettrici per ottenere la massima durata, e Midtronics offre soluzioni per la gestione delle batterie indipendentemente dall'applicazione.
Domande frequenti
Di quanto incide il freddo sull'autonomia dei veicoli elettrici?
La maggior parte dei veicoli elettrici perde dal 20% al 40% dell'autonomia nominale a temperature sotto zero, con alcuni studi che mostrano perdite superiori al 50% in condizioni di freddo estremo. La riduzione è dovuta a due fattori: la ridotta attività elettrochimica nelle celle e il costo energetico del riscaldamento dell'abitacolo. Il precondizionamento della batteria mentre il veicolo è ancora collegato alla rete elettrica minimizza entrambi gli effetti.
Il calore danneggia in modo permanente le batterie dei veicoli elettrici?
Temperature elevate prolungate accelerano la perdita di capacità, soprattutto quando la batteria è esposta alla luce diretta del sole e si trova a un elevato livello di carica. La maggior parte dei sistemi di gestione termica dei veicoli elettrici raffredda attivamente il pacco batterie, ma parcheggiare all'ombra ed evitare di caricare completamente il veicolo in climi caldi sono accorgimenti pratici per mitigare il problema.
Cos'è il precondizionamento della batteria e perché è importante in climi estremi?
Il precondizionamento riscalda o raffredda la batteria alla sua temperatura operativa ottimale prima che il veicolo venga messo in moto, in genere mentre è ancora collegato alla rete elettrica. Nei climi freddi, questo ripristina la velocità di ricarica e l'autonomia; nei climi caldi, riduce lo stress termico. Molti veicoli elettrici supportano il precondizionamento tramite un'app per dispositivi mobili o un'impostazione di partenza programmata.
La batteria ausiliaria da 12V deve essere testata in modo diverso in climi estremi?
Sì. Sia il caldo che il freddo stressano maggiormente le batterie da 12 V nei veicoli elettrici rispetto ai veicoli con motore a combustione interna perché il sistema a 12 V supporta continuamente l'elettronica. Un tester basato sulla conduttanza come il DSS-5000 Fornisce un'indicazione accurata dello stato di salute indipendentemente dalla temperatura, ma la frequenza dei test dovrebbe aumentare nei climi con temperature estreme.
Come gestiscono le flotte di veicoli elettrici le batterie in condizioni di freddo estremo?
Le migliori pratiche includono: collegare durante la notte per mantenere la temperatura della batteria, programmare il precondizionamento prima della partenza, ridurre l'autonomia target per tenere conto delle perdite invernali e testare più frequentemente le batterie ausiliarie da 12 V. Strumenti come il xLVS-9000 supportare controlli periodici sullo stato di salute della batteria ausiliaria.
Le basse temperature influiscono sulla velocità di ricarica dei veicoli elettrici?
Sì. Sotto lo zero, la maggior parte dei veicoli elettrici limita la velocità di ricarica rapida in corrente continua per proteggere le celle della batteria. Il sistema di gestione della batteria limita la corrente finché il pacco non si riscalda. Questo rende la ricarica in corrente alternata di livello 2 a casa, con il precondizionamento attivato, l'approccio più efficiente nei climi freddi.