El clima frío reduce temporalmente la autonomía de las baterías de los vehículos eléctricos

Las baterías de los vehículos eléctricos reducen la autonomía en climas fríos ya que la carga se agota más deprisa que en condiciones de clima suave

El clima frío reduce temporalmente el alcance de la batería EV. Si bien parte de esto se debe a la ciencia y al hecho de que el frío ralentiza las reacciones químicas, la mayor parte parece ser el resultado del control climático en los vehículos eléctricos. AAA probó los efectos de rango del clima de 20 ° F en varios vehículos eléctricos populares y descubrió que la temperatura por sí sola podría reducir el rango en un 10-12 %, mientras que el uso del control de temperatura en el vehículo podría aumentar la pérdida de rango en un 40 %. Idaho National Labs informó que el clima frío puede aumentar los tiempos de carga casi tres veces

¿Por qué el frío afecta a las baterías de iones de litio?

El clima frío ralentiza las reacciones químicas y físicas que hacen que las baterías funcionen, específicamente la conductividad y la difusividad, lo que lleva a:

• Mayor tiempo de carga (mayor impedancia)
• Reducción temporal del alcance (menor capacidad), principalmente debido al sistema de calefacción. Dado que la energía para calentar y enfriar su automóvil proviene de la misma batería que lo impulsa, el uso del control de clima puede quitar la carga de la batería principal.

Aunque los efectos de rango relacionados con el frío son temporales, la batería debe estar por encima del punto de congelación antes de cargarla. La mayoría de los vehículos tienen algún tipo de regulación de temperatura en su sistema de administración de batería (BMS) que evitará el alto voltaje o la carga rápida si la batería está demasiado fría. En general, si su vehículo está encendido o enchufado, se consumirá energía para mantener la temperatura en un rango saludable. Los dos valores atípicos para esto son Nissan Leaf, que solo activa la regulación térmica cuando la temperatura está por debajo de -20 C (-4 F), y Tesla, que activará la gestión térmica incluso si el vehículo está apagado o no enchufado. Regulación de temperatura de Tesla protege el estado de la batería , pero también puede costarle algo de autonomía si el automóvil calienta la batería mientras no está enchufado

¿Por qué el clima frío afecta la autonomía de los vehículos eléctricos?

La pérdida de rango de invierno ocurre por algunas razones. Los cubrimos en detalle en nuestro artículo sobre temperatura fría y caliente, pero los dos principales factores contribuyentes son químicos y mecánicos.

• Las reacciones químicas y físicas en la batería ocurren más lentamente en temperaturas frías. Esto reduce la potencia de los vehículos eléctricos. Las bajas temperaturas inhiben las reacciones químicas y actúan como una resistencia que ralentiza los procesos físicos.
• Los coches eléctricos tienen que generar su propio calor . Los motores de combustión interna (ICE) que impulsan los automóviles tradicionales son sorprendentemente ineficientes. Toda la energía que los autos ICE no usan para impulsarse hacia adelante se convierte en "calor residual", que generalmente es solo energía perdida. Sin embargo, en climas fríos, los autos ICE redirigen este calor residual del motor para calentar la cabina. Por otro lado, un EV tiene un motor mucho más eficiente que no genera tanto calor. En el frío, el calor disponible del motor se enruta para calentar la batería, lo que significa que la calefacción de la cabina requiere una fuente de energía. Los calefactores de cabina generalmente se alimentan de la batería de alto voltaje, lo que reduce la cantidad de batería que queda para conducir.

Varias organizaciones han estudiado estos efectos, incluido AAA

, pero a menudo se completan en entornos de laboratorio o con solo varios vehículos. Este proyecto de investigación incluye un conjunto de datos mucho más grande. En lugar de docenas de vehículos, estamos analizando miles y registrando su rendimiento en condiciones de conducción del mundo real.

Los datos que muestran el rango de invierno real y real en condiciones de manejo reales para el Ford Mustang Mach-E, el Nissan LEAF, todos los modelos de Tesla y el Volkswagen ID.4. Estos valores de rango de invierno verificados reflejan datos promedio observados para una variedad de conductores en una amplia gama de casos de uso.

Los coches eléctricos reaccionan al invierno de formas muy diferentes

Este gráfico compara 14 modelos EV populares para mostrar la pérdida de alcance en diferentes condiciones de conducción. Incluye datos agregados y anonimizados de 7000 vehículos de la comunidad Recurrent de todo Estados Unidos, así como decenas de miles de puntos de datos de dispositivos integrados que brindan datos sobre el uso de energía.
El rango de invierno estimado para varios vehículos se actualizó en 2022 para reflejar el rango de invierno que hemos verificado con datos del mundo real. Seguiremos actualizando esta tabla a medida que verifiquemos nuevos modelos.
Las cifras de rango de invierno verificadas incluyen todas las variables del mundo real, como terreno irregular, velocidades y usos de conducción variables, y el envejecimiento del calendario en las baterías de los vehículos. Muestran la expectativa promedio para las condiciones de manejo en invierno en una variedad de casos de uso reales.

Ciencia detrás de la carga en climas fríos: revestimiento de litio

Tenga en cuenta que la siguiente sección describe los procesos físicos que los científicos han observado en celdas individuales de iones de litio. Los vehículos eléctricos contemporáneos tienen sistemas de administración de batería que deberían evitar este tipo de daño a largo plazo en su batería. En caso de duda, evite la sobrealimentación o la carga de alto voltaje cuando la batería esté por debajo del punto de congelación. Muchos vehículos también le permiten preacondicionar su batería para cargarla usando el sistema de navegación del vehículo para ir a un cargador.

El revestimiento de litio es una acumulación metálica en el nodo negativo de la batería (el ánodo , donde va la energía durante la carga). En resumen, el clima frío hace que los iones fluyan más lentamente a través de las celdas de la batería, lo que hace que el litio se acumule fuera del nodo y se convierta en un metal inerte. Este metal interrumpe el flujo futuro de energía y consume parte del litio que se supone que alimenta la batería. En las observaciones de una sola celda, esto puede provocar una disminución de la potencia y el alcance.

Si está interesado en un poco más de detalle : los ánodos de las baterías están hechos de materiales, como el grafito, que tienen estructuras en forma de celosía. Esto es importante porque cuando se carga una batería, los iones de litio se mueven del cátodo al ánodo y se almacenan en esta estructura en forma de rejilla. Este proceso se llama intercalación . Se necesita fuerza (en este caso, corriente) para empujar los iones hacia el ánodo y alojarlos en la rejilla. Si este proceso ocurre cuando hace frío, los iones ingresan al ánodo más lentamente y la acumulación de litio en el exterior puede formar un revestimiento metálico

. Algunos de estos iones entrarán gradualmente en el ánodo con el tiempo, pero algunos permanecerán en el exterior, reduciendo permanentemente la capacidad y aumentando la resistencia interna de la batería.

Recuerde: los sistemas informáticos de su automóvil deben precalentar la batería y reducir la carga hasta que sea seguro cargarla con normalidad. Por otro lado, incluso cuando hace mucho frío, puede usar una batería de iones de litio ya cargada sin preocupaciones. Notará un rango reducido a corto plazo ya que el clima frío inhibe el flujo de iones, pero es probable que no haya daños a largo plazo.

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Así,que las baterías de los vehículos eléctricos reducen la autonomía en climas fríos ya que la carga se agota más deprisa que en condiciones de clima suave