In che modo la temperatura influisce sulla fisica e sull'autonomia delle batterie dei veicoli elettrici?

Stiamo incoraggiando le domande dei lettori sui veicoli elettrici, sulla ricarica e su qualsiasi altra cosa tu voglia imparare. Quindi per favore inviali e faremo in modo che i nostri esperti rispondano e inviteremo altre persone a contribuire attraverso la sezione commenti.

Vorrei saperne di più sulla fisica della capacità della batteria dei veicoli elettrici, in particolare sulla relazione tra temperatura e autonomia. So che a basse temperature, la portata diminuisce, la mia comprensione è che questo si riferisce all'efficienza di scarico, non alla capacità di stoccaggio.

È corretto, e ne consegue che se diciamo che una batteria è completamente carica a 25 gradi, poi si raffredda durante la notte per dire zero gradi (comune nell'Alice o Canberra) che la perdita di autonomia non è permanente - l'autonomia sarebbe aumentare quando la temperatura torna a 25 gradi?

Ciao

Mike

Ciao Mike, stai ponendo una domanda piuttosto secca, ovvero, qual è la relazione tra la temperatura ambiente e l'intervallo di veicoli elettrici?

A un certo livello la risposta è semplice:il nuovo ciclo di test WLTP viene eseguito a 23 gradi Celsius (23 ⁰ C) precisamente – quindi le gamme fornite dai produttori si basano su quella temp. Raffreddare l'auto dopo la ricarica ma non utilizzarla, quindi tornare a 23 ⁰ C restituirà l'intera gamma.

Ora per la risposta più complicata. A temperature più basse, le batterie dei veicoli elettrici si basano su una serie di reazioni chimiche e, come la maggior parte delle reazioni chimiche, più freddi sono i reagenti, più lenta sarà la reazione.

La teoria sostiene che le reazioni all'interno della batteria per produrre flusso elettrico diventano meno efficienti quando le costringono a fornire la stessa corrente a temperature più basse, da qui l'intervallo ridotto. (E viceversa durante la ricarica, quindi è necessaria più energia per ottenere una carica completa durante la ricarica al freddo).

A breve termine, nessun danno fatto e al ritorno a una temperatura ambiente "normale" (cioè 23 ⁰ C), ritorna l'intera gamma.

Questo è quello che ho trovato in 6 anni di guida con veicoli elettrici con diversi veicoli elettrici ora, in particolare con la mia Leaf. Nella Foglia perdo il 10-15% del range in inverno anche se non uso il riscaldatore (e il 25% se lo faccio!), ma quel range ritorna nei mesi più caldi.

A un livello più profondo ancora, la risposta richiedeva dilettarsi nelle arti oscure! Trovare l'esatta diminuzione percentuale dell'intervallo per grado di caduta della temperatura è, ehm, simile alla stregoneria. Questo perché:

• Diversi produttori di veicoli elettrici utilizzano sostanze chimiche al litio leggermente diverse nelle loro batterie, quindi poiché ogni chimica reagisce alle basse temperature in modo leggermente diverso, il modo in cui un modello reagirà al freddo è particolare di quella chimica, inoltre
• Molti produttori di veicoli elettrici includono sistemi di riscaldamento/raffreddamento all'interno dell'involucro della batteria, quindi la diminuzione dell'autonomia quando fa freddo potrebbe essere dovuta a quel sistema di riscaldamento, non al rallentamento della reazione chimica. In effetti, la batteria potrebbe essere ancora alla temperatura di esercizio ottimale a ben al di sotto dello zero ambiente:è solo il sistema di riscaldamento che lavora sempre più duramente per mantenere una temperatura ottimale della batteria che sta causando il rapporto tra temperature più basse e portate più brevi.
• Alcuni di questi sistemi di riscaldamento della batteria dei veicoli elettrici sono migliori nel mantenere la temperatura della batteria rispetto ad altri, quindi la perdita di autonomia potrebbe essere una combinazione di una temperatura della batteria più bassa (ma non così bassa come quella ambiente) PIÙ l'utilizzo del sistema di riscaldamento della batteria.

Pertanto la risposta alla tua domanda arriva in più parti:

1. La maggior parte delle batterie dei veicoli elettrici è dotata di sistemi di riscaldamento, quindi caricare/funzionare a basse temperature significa che il sistema di riscaldamento della batteria è in uso, riducendo così l'autonomia. L'effetto non è direttamente correlato al funzionamento della batteria in un ambiente freddo, ma piuttosto al suo utilizzo del sistema di riscaldamento; o potrebbe essere attribuibile solo in parte ad esso dal funzionamento a temperature più basse, ma non a temperatura ambiente massima.
2. Per le batterie senza sistemi di riscaldamento (Leaf, iMiEV, la maggior parte dei veicoli ICE convertiti in BEV) – il rapporto tra il freddo e la riduzione dell'autonomia dipende da:

• il mix chimico della batteria,
• quanti anni ha (a causa dell'effetto dell'aumento della resistenza cellulare interna) e
• quanto stai guidando forte.
• A condizione di non abusare della batteria in climi estremamente freddi (facendo molte ricariche rapide o guidando estremamente duramente), è improbabile che la si danneggi e l'intera autonomia tornerà in primavera.

Per finire, dopo aver controllato le foglie di tè e sacrificato una capra per leggerne le viscere, guidando un veicolo elettrico a meno 6 ⁰ C, in media, comporterà una riduzione dell'autonomia del 12% sulle autonomia di guida "normali".

L'utilizzo del sistema di riscaldamento dell'abitacolo può comportare una riduzione dell'autonomia fino al 40%. (In realtà, ho ottenuto queste cifre dal febbraio 2019 "Test della gamma di veicoli elettrici dell'American Automobile Association Inc. in relazione alla temperatura ambiente e all'uso dell'HVAC" rapporto. Vedi:http://www.aaa.com/AAA/common/AAR/files/AAA-Electric-Vehicle-Range-Testing-Report.pdf )

Nel frattempo – felice di rinviare qui ai lettori del chimico delle batterie – ma non volevo addentrarmi troppo nel mondo della chimica, per paura che l'editore mettesse all'inizio di questo articolo:“ATTENZIONE:QUESTO ARTICOLO CONTIENE CONTENUTI SCIENTIFICI ESPLICITI ”

Saluti

Bryce