Jaki wpływ na zasięg pojazdów elektrycznych ma temperatura i wiek auta?

Jedną z istotnych barier stojących na drodze popularyzacji pojazdów elektrycznych jest ich zasięg, choć już nie w takim stopniu jak miało to miejsce jeszcze pięć czy dziesięć lat temu. Zasięg pojazdu elektrycznego jest zależny nie tylko od zastosowanego zestawu akumulatorów trakcyjnych, ale również m.in. czynników pogodowych oraz wieku pojazdu.

Od lat obserwujemy konsekwentny spadek cen litowo-jonowych akumulatorów trakcyjnych, wzrost ich pojemności, a tym samym zasięgu samych pojazdów. W jednym z pierwszych samochodów elektrycznych oferowanych na masową skalę, czyli Mitsubishi i-Miev z 2009 roku, akumulatory trakcyjne miały pojemność 16 kWh i pozwalały na przejechanie realnie ok. 100 km. Rok później pojawił się Nissan Leaf pierwszej generacji z zestawem baterii o pojemności 24 kWh i zasięgiem do 160 km. Dziś w modelach kompaktowych standardem są zestawy akumulatorów o pojemności 40-64 kWh, a realne zasięgi przekraczają 300 km, dochodząc do 400 km. Producentom ponad pół wieku zajęło wydłużenie zasięgu pojazdów elektrycznych ze 100 km do 200 km. Ale zwiększenie zasięgu od 200 km do 400 km zajęło już tylko trzy lata. W ciągu dziesięciu lat średnia pojemność akumulatorów trakcyjnych w samochodach elektrycznych zwiększyła się trzykrotnie. Obecnie gęstość energii w akumulatorach litowo-jonowych osiągnęła poziom 250 Wh/kg. Większe zestawy baterii stosowane są w dużych samochodach. Zwiększają one komfort dla użytkownika ale też pozwalają na zastosowanie dużych mocy ładowania. W tym roku pojawiły się już kompaktowe modele osiągające realne zasięgi zbliżające się do 500 km i posiadające maksymalną moc ładowania dochodzącą do 300 kW, dzięki instalacji 800V. Kolejne wyraźne zwiększenie zasięgów będziemy zawdzięczać bateriom litowo-jonowym NMC 811, charakteryzującym się większą gęstością energii niż w klasycznych bateriach litowo-jonowych (275 Wh/kg). Kolejne zwiększenie zasięgów nastąpi przy wykorzystaniu baterii półprzewodnikowych ze stałym elektrolitem solid state, który już obecnie oferuje gęstość energii na poziomie 400 Wh/kg, a do 2030 roku osiągnie 500 Wh/kg. Tym samym w perspektywie kilku lat pojawią się w pojazdach baterie oferujące dwu-i i trzykrotnie dłuższe zasięgi niż obecnie z tej samej pojemności, na poziomie 800 km. Tyle, że prawdopodobnie na tym poziomie zatrzyma się wyścig o zasięg pojazdów elektrycznych. Nowe baterie będą jeszcze wydajniejsze, możliwe będą zasięgi na poziomie 1000-1200 km, ale producenci zdecydują się prawdopodobnie na zachowanie realnych zasięgów na poziomie 600-800 km. Równocześnie zaczną stosować mniejsze baterie w samochodach, co pozwoli obniżyć ich masę, poprawić funkcjonalność pojazdów i obniżyć ich ceny.

Optymalny zakres pracy litowo-jonowych akumulatorów trakcyjnych mieści się w przedziale od 0 do 20 stopni Celsjusza. Oznacza to, że powyżej tej temperatury baterie muszą być chłodzone, a poniżej tej temperatury podgrzewane. W miesiącach zimowych użytkownicy aut elektrycznych muszą się liczyć z wyraźnym spadkiem pojemności baterii oraz wysokim zużyciem prądu. Spadki zasięgu mogą wpływać na wydajność operacyjną takich pojazdów, a w krytycznych sytuacjach uniemożliwić ich wykorzystanie. Przy temperaturze -20˚C pojazd elektryczny będzie nam w stanie zaoferować tylko ok. 60% prądu jaki byłby dostępny w temperaturze +20˚C. Tym samym realny zasięg pojazdu skróci się o 40%, a do tego konieczne będzie dodatkowe ogrzanie jego wnętrza, co również zwiększy zapotrzebowanie na energię. Równocześnie też przyśpieszy się starzenie ogniw. Jeśli więc nasz pojazd elektryczny w miesiącach letnich osiągał zasięg do ok. 200 km dziennie to w mroźne dni realnie uzyskamy zasięgi na poziomie 120 km. Koordynator floty musi mieć tego świadomość dobierając pojazdy i planując logistykę tras.

W samochodach elektrycznych znacznie baczniejszą uwagę powinniśmy zwracać na nienaganną pracą układu klimatyzacji. Wynika to z faktu, że baterie są pośrednio lub bezpośrednio chłodzone przez układ klimatyzacyjny samochodu. Działanie tego układu jest niezależne od ustawień klimatyzacji zadanych w kabinie. Niesprawna klimatyzacja może doprowadzić do nieprawidłowego chłodzenia baterii, co w najlepszym wypadku doprowadzi do pogorszenia jej wydajności, a dalej również do przejścia układu w tryb awaryjny lub wyłączenia układu wysokiego napięcia. Zasadniczą różnicą między pojazdami elektrycznymi a spalinowymi jest kwestia zapewnienia odpowiedniego ogrzewania w niskich temperaturach. W odróżnieniu od pojazdów spalinowych samochody elektryczne nie mają naturalnego źródła ciepła jakim jest silnik, od którego można by łatwo rozprowadzić produkt uboczny jakim jest ciepło po wnętrzu pojazdu. Producenci aut elektrycznych stosują więc opcjonalne pompy ciepła, które są dość kosztownymi rozwiązaniami. Pewną technologią zastępczą są np. wymienniki ciepła, które mają podobną efektywność jak pompy ciepła, ale tylko w pewnym zakresie temperatur, np. 10-30˚C.

Warto zamawiać pojazdy elektryczne z podgrzewanym fotelem kierowcy i kierownicą. Kabina nadal będzie nam się nagrzewać powoli, z racji względnie słabej wydajności systemów ogrzewania aut elektrycznych, ale właśnie dzięki szybkiemu ogrzaniu kierownicy i fotela komfort pracy kierowcy podniesie się bardzo wyraźnie. I to przy względnie niewielkim zużyciu energii. To szczególnie przydatna funkcja w pojazdach kurierów, którzy często wsiadając i wysiadając z pojazdu nie są w stanie należycie ogrzać kabiny. Jeśli posiadamy własny punkt ładowania dobrym rozwiązaniem w chłodnych miesiącach jest wcześniejsze zdalne włączenie ogrzewania pojazdu. Gdy jest on podłączony do sieci nasz pojazd nie będzie wydatkował na to energii zgromadzonej w akumulatorach trakcyjnych.

Problemem, który będzie miał większe znaczenie dla kolejnych użytkowników pojazdów elektrycznych jest konsekwentny spadek wydajności zasobników energii objawiający się zmniejszającym się zasięgiem. W okresie trzech, pięciu lat użytkowania w firmie będzie on względnie niewielki, ale w kolejnych latach może być zauważalny. Kolejni nabywcy będą brali to pod uwagę kupując pofirmowe pojazdy. Producenci gwarantują, że minimalna pojemność baterii w momencie kończenia się ośmioletniej zazwyczaj gwarancji nadal będzie sięgać 70-80% pojemności z dnia zakupu. Zatem współczesny pojazd elektryczny o zasięgu katalogowym 300 km po ośmiu latach może oferować zasięg na poziomie co najmniej 210-240 km.

Fleet managerowie analizujący dane techniczne pojazdów, które chcieliby pozyskać do floty powinni zwrócić uwagę na normę według której producent zbadał zasięg pojazdu i zużycie energii. Wprowadzona w 2017 roku i obecnie powszechnie stosowaną normą jest WLTP - światowa zharmonizowana procedura badania pojazdów lekkich (ang. Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure). Zastąpiła ona coraz rzadziej stosowaną i mniej wiarygodną normę NEDC, znaną od lat 80. Niestety dane dotyczące zużycia energii oraz zasięgu pojazdów elektrycznych w przypadku normy WLTP nadal mają niewiele wspólnego z rzeczywistością. Potwierdzają to niezależne testy dziennikarskie, z których wynika, że realne zasięgi pojazdów są mniejsze nawet ok. 20-25% niż w tej normie. Na przykład Smart Forfour według normy NEDC ma zasięg 153 km, według WLTP 130 km, a wg niezależnych testów dziennikarskich - zaledwie 95-100 km. Wydaje się, że dopiero przeliczenie danych z normy WLTP poprzez odjęcie katalogowego zasięgu o 20-25% pozwoli je urealnić i ułatwić dobór aut do floty.