Buscan cómo hacer para que las baterías de autos eléctricos duren más en frío intenso
Las vías escarpadas y gélidas de Alaska, donde las temperaturas pueden bajar hasta -50 grados Fahrenheit (-46 grados Celsius), no son las calles donde esperaríamos encontrar un autobús escolar eléctrico.
Pero es en ellas precisamente donde el autobús número 50 atraviesa silenciosamente y a diario unas 40 millas de caminos nevados y helados en el poblado de Tok, donde el enorme vehículo eléctrico lleva a los estudiantes a la escuela no muy lejos de la frontera con Canadá.
Funciona bien en la ruta diaria. Pero las bajas temperaturas privan a las baterías de los vehículos eléctricos de varias millas de autonomía de viaje, por lo que el No. 50 no puede realizar viajes de campo más largos, como a Anchorage o Fairbanks.
El frío intenso reduce la autonomía de los autos eléctricos
Es un problema que algunos propietarios de vehículos de pasajeros eléctricos y funcionarios de tránsito encuentran en climas fríos de todo el mundo. A 20 grados F (-7 grados C), los vehículos eléctricos simplemente no llegan tan lejos como lo hacen a la temperatura ideal de 70 grados F. Parte del problema es que mantener calientes a los pasajeros usando tecnología tradicional agota la batería.
Por lo tanto, los viajes más largos pueden ser difíciles en el clima más frío. Autoridades de tránsito como la de Chicago, que se comprometió a convertir toda su flota de autobuses a electricidad para 2040, deben tomar medidas extraordinarias para mantener los autobuses eléctricos cargados y a tiempo.
Algunos fabricantes de automóviles y conductores temen que una menor autonomía de la batería en climas fríos pueda limitar la aceptación de automóviles, camiones y autobuses eléctricos, en un momento en que las emisiones del transporte deben reducirse drásticamente para abordar el problema del cambio climático.
Posibles soluciones para alargar la autonomía de las baterías
Hay esperanzas. Los científicos están compitiendo para perfeccionar la química de las nuevas baterías para que no pierdan tanta energía en climas fríos como los sistemas de iones de litio actuales. Además, los automóviles equipados con bombeadores de calor eficientes no pierden tanta autonomía con el frío.
“Es un problema tener baterías cuando hace frío, y tenemos un clima bastante frío, uno de los más fríos de América del Norte”, dijo Stretch Blackard, propietario de Tok Transportation, que tiene contratos con las escuelas locales.
Cuando la temperatura llega a cero, su costo para operar el autobús eléctrico de Tok se duplica. Tok tiene uno de los precios de electricidad más altos del país.
En el clima más frío, de 0 a menos 10 F (-18 a -23 C), el autobús eléctrico cuesta aproximadamente $1.15 por milla, en comparación con los 40 centavos por milla de un autobús diésel, dijo Blackard. El costo del autobús eléctrico se reduce a alrededor de 90 centavos por milla cuando hace calor, pero dice que los costos lo hacen inviable y que no compraría otro.
La planificación es esencial para viajes largos
Muchos propietarios de vehículos eléctricos personales también están descubriendo que los viajes de larga distancia en invierno pueden ser difíciles. Los vehículos eléctricos pueden perder entre un 10 % y un 36 % de su rango, ya que las olas de frío llegan al menos unas cuantas veces cada invierno en muchos estados de Estados Unidos.
Mark Gendregske de Alger, Michigan, dijo que comienza a ponerse serio cuando las temperaturas bajan al rango de 10-20 F (-7 a -12 C). “Por lo general, veo una degradación de más del 20 % en la autonomía, así como en el tiempo de carga”, dijo mientras recargaba su Kia EV6 en el estacionamiento de un centro comercial cerca de Ypsilanti, Michigan. “Paso de unas 250 millas de autonomía a unas 200”.
Gendregske, un ingeniero de un fabricante de autopartes, sabía que la autonomía se reduciría, por lo que dijo que con planificación, el Kia EV todavía lo lleva a donde necesita ir, incluso con un viaje largo.
Sin embargo, algunos propietarios no anticiparon una disminución tan grande en el invierno. Rushit Bhimani, que vive en un suburbio del norte de Detroit, dijo que ve alrededor de un 30 % menos de autonomía en su Tesla Model Y cuando hace frío, desde lo que se supone que son 330 millas por carga hasta tan solo 230. “ Deberían aclarar eso”, dijo mientras cargaba justo al sur de Ann Arbor en un viaje a Chicago.
Alrededor de las tres cuartas partes de esta pérdida de rango se debe a la energía usada en mantener calientes a los ocupantes, pero la velocidad e incluso la conducción en autopista son factores. Algunos conductores hacen todo lo posible para no usar mucho calor para poder viajar más lejos, usan guantes o se sientan en asientos con calefacción para ahorrar energía.
Y sin duda, los motores de gasolina también pueden perder alrededor del 15% de su alcance en el frío.
La pérdida de autonomía en clima frío no frena a los fans de autos eléctricos
La pérdida de autonomía no ha frenado la adopción de vehículos eléctricos en Noruega, donde casi el 80% de las ventas de vehículos nuevos fueron eléctricos el año pasado.
Pruebas recientes realizadas por la Federación Noruega de Automóviles encontraron que las autonomías de los distintos modelos realmente varían de las anunciadas por sus fabricantes, cuando baja la temperatura.
La relativamente asequible SUV Euniq6 del fabricante chino Maxus fue el vehículo que más se acercó al rango anunciado por lo que fue nombrada como la ganadora de las pruebas terminando solo un 10% por debajo de su rango anunciado de 354 km (220 millas).
El Tesla Model S estaba aproximadamente un 16% por debajo de su rango anunciado. En la parte inferior: el BZ4X de Toyota, que alcanzó un máximo de solo 323 kilómetros (200 millas), casi un 36 % por debajo de su rango anunciado.
Nils Soedal, de la Federación Automovilística de Noruega, dice que esto no es un problema siempre y cuando los conductores lo tengan en cuenta a la hora de planificar un viaje. “El gran problema realmente es tener suficientes estaciones de carga a lo largo del camino” y mejor información sobre si están funcionando correctamente, dijo.
Las temperaturas oscilaron entre cero y -2.2 F (0 a -19 C) durante la prueba, sobre montañas y caminos cubiertos de nieve. Los autos fueron conducidos hasta que agotaron su energía y se detuvieron.
Recurrent, una empresa estadounidense que mide la duración de la batería en vehículos eléctricos usados, dijo que ha realizado estudios de seguimiento de 7,000 vehículos de forma remota y ha llegado a resultados similares a los de la prueba noruega.
Su CEO Scott Case dijo que muchos vehículos eléctricos usan calefacción por resistencia para el interior, pero los que conservan mejor su energía son los que usan bombeadores de calor.
Los bombeadores de calor extraen el calor del aire exterior incluso en temperaturas frías y han existido durante décadas, pero solo recientemente se han desarrollado para automóviles, dijo Case. “Eso es definitivamente lo que debe estar en todos estos autos”, dijo.
La carrera por conservar las autonomía de los autos eléctricos en climas fríos
Dentro de las baterías, los iones de litio fluyen a través de un electrolito líquido y producen electricidad. Pero viajan más lentamente a través del electrolito cuando se enfría y no liberan tanta energía. Lo mismo sucede a la inversa, ralentizando la carga.
Neil Dasgupta, profesor asociado de ingeniería mecánica y de ciencias de materiales en la Universidad de Michigan, compara esto con untar mantequilla fría en una tostada. “Simplemente se vuelve más resistente a bajas temperaturas”, dijo Dasgupta.
General Motors se encuentra entre los que trabajan en soluciones. Según Lawrence Ziehr, gerente de proyectos de recuperación de energía en los vehículos eléctricos del fabricante, sus ingenieros han realizado cambios en la gestión de batería y calor en sus actuales modelos y aprendido importantes lecciones para los modelos futuros.
La semana pasada, GM envió un escuadrón de vehículos eléctricos desde el área de Detroit a la fría península superior de Michigan para probar el impacto del frío en la autonomía de la batería.
A pesar de detenerse para cargar dos veces en el camino, una camioneta GMC Hummer, con alrededor de 329 millas de alcance por carga, hizo el viaje de 315 millas a Sault Ste. Marie con solo unas 35 millas restantes, apenas lo suficiente para llegar a las instalaciones de prueba de GM. Después de encontrar una estación de carga averiada en una tienda de comestibles, los ingenieros fueron a un hotel cercano para obtener suficiente energía para terminar el viaje.
En las universidades también, los científicos están trabajando en cambios químicos que podrían hacer que la pérdida por el clima frío sea cosa del pasado.
Dasgupta dice que la Universidad de Michigan está desarrollando nuevos diseños de baterías que permiten que los iones fluyan más rápido o permitan una carga rápida en el frío. También hay químicas de baterías, como las de estado sólido, que no usan electrolitos líquidos.
Él espera que las mejoras lleguen de los laboratorios a los vehículos entre los próximos dos a cinco años.
“Realmente hay una carrera mundial para aumentar el rendimiento de las baterías”, dijo.
