Detalhamento de como a temperatura e a velocidade afetam a autonomia dos veículos elétricos

Os condutores de veículos elétricos sabem muito bem que a autonomia nominal do veículo é mais bem utilizada como orientação. A autonomia real do dia a dia, a distância realista que se pode percorrer com uma bateria totalmente carregada, pode variar bem abaixo ou acima do que foi anunciado. Tal como os automóveis com motor de combustão interna (ICE), a verdadeira eficiência operacional de um veículo é influenciada por vários fatores, incluindo: condições da estrada, clima, topografia, velocidade, calibragem dos pneus e estilo de condução.

A autonomia máxima de um veículo elétrico também está diretamente ligada à capacidade de sua bateria, que é quanta energia (kWh) ela pode armazenar e diminui com o tempo. Leia mais sobre a degradação da bateria em nosso estudo sobre a integridade da bateria de veículos elétricos, que mostrou uma degradação média de 2,3% na capacidade de armazenamento por ano.

Saber a autonomia exata em cada viagem tornou-se menos crítico, pois a capacidade da bateria aumenta com cada nova geração de veículos elétricos. A maioria dos veículos elétricos de carga leve no mercado oferece autonomia mais do que suficiente para a maioria das necessidades diárias, inclusive em aplicações de frota. Para mais informações, veja a nossa análise de adequação de veículos elétricos para veículos de frota de passageiros na Europa e pickups na América do Norte.

Dito isso, entender o que causa a perda de autonomia pode aumentar a confiança para motoristas de veículos elétricos e gerentes de frota. Isso fornece orientação sobre a seleção do veículo certo para o trabalho e as condições em questão. 

Revisitando o impacto da temperatura na bateria de veículos elétricos

A temperatura, especialmente em clima frio, é frequentemente referenciada em discussões de drenagem de autonomia. Como mostramos em nossa análise anterior, a temperatura externa pode afetar significativamente a autonomia de um veículo elétrico, tanto positiva quanto negativamente. Em temperaturas ideais, a autonomia verdadeira é, em média, 15% melhor do que a autonomia nominal. Em dias extremamente frios, a autonomia pode ser reduzida em até 50%. Isso se deve predominantemente à energia necessária para manter o motorista e as baterias em uma temperatura confortável. Felizmente, algumas medidas podem ser tomadas para reduzir esse impacto, como pré-aquecer a cabine e aproveitar os assentos aquecidos em vez de acionar o aquecedor.

Mas a temperatura é o fator mais significativo que afeta a autonomia? Aqui, procuramos descobrir o impacto relativo da temperatura e um segundo fator-chave: velocidade.

Definição da função da velocidade e do arrasto

A velocidade também afeta a eficiência do veículo e, consequentemente, o alcance. O impacto da velocidade do veículo, ou mais especificamente arrasto, aplica-se a veículos de motor de combustão interna e veículos elétricos.

O arrasto é essencialmente a força que o veículo precisa superar para se mover pelo ar. A quantidade de arrasto que um veículo enfrenta durante o percurso depende principalmente da aerodinâmica desse veículo, que é altamente específica do modelo. A força do arrasto também muda com a velocidade do percurso (na verdade, o arrasto aumenta proporcionalmente ao quadrado da velocidade; se você dobrar a velocidade, o arrasto aumenta em um fator de quatro). O arrasto também é influenciado pela densidade e por características do ar em si, que muda com a velocidade do vento, altitude, temperatura e umidade (esses fatores são considerados constantes na análise a seguir). 

[opção de imagem: um sedan e uma van de carga com vento ao redor, mostrando a força do arrasto. A van de carga está trabalhando mais para empurrar o vento para longe]

Uso de dados de telemática agregados para entender em que faixa de velocidade é maximizada

Usando dados* de viagem agregados e desidentificados em diferentes temperaturas e velocidades, geramos modelos de eficiência para um pequeno sedan e uma van de carga leve. O objetivo era determinar como a velocidade impacta a autonomia e o que acontece com a curva de eficiência de velocidade em temperaturas diferentes.

*O modelo do sedan foi gerado analisando 350.000 viagens de 500 sedans, totalizando mais de 180.000 horas de condução. O modelo da van de carga leve foi gerado analisando 2,8 milhões de viagens de 2.000 vans, totalizando mais de 370.000 horas de condução. Ambos os modelos foram ajustados para representar uma bateria de 65 kWh. A simulação considera velocidade constante.

A tabela acima mostra que a temperatura ideal para maximizar a autonomia é de 20 °C (68 °F) para o sedan (linha laranja sólida) e a van de carga leve (linha laranja pontilhada). No entanto, a velocidade ideal em que a autonomia é maximizada muda com a temperatura. Por exemplo, em 20 °C, a autonomia do sedan é maximizada a uma velocidade lenta de cerca de 30 km/h (19 mph), enquanto em 0 °C a velocidade ideal é duplicada para 60 km/h (37 mph).

Este é o resultado de uma troca entre a quantidade de energia necessária para superar o arrasto e a energia necessária para manter a cabine do veículo em uma temperatura confortável. Velocidades maiores vão levar você ao seu destino mais rapidamente, o que significa menos energia total gasta em aquecimento, ventilação e ar condicionado, o que é bom para a autonomia. No entanto, velocidades maiores também significam que é necessária mais energia para superar o arrasto, o que é ruim para a autonomia.

Agora vamos comparar isso com a van. Como a força do arrasto é mais forte em uma van, a eficiência aumenta em velocidades ainda mais baixas. A uma temperatura ideal de 20 °C (68 °F), a velocidade mais eficiente é de 25 km/h (16 mph). Isso não é muito diferente do sedan, e igualmente impraticável para os propósitos reais de condução. No entanto, em temperaturas de congelamento, a velocidade ideal ainda é bastante baixa, aproximadamente 40 km/h (25 mph).

A velocidade ou a temperatura desempenham um papel mais dominante?

Observe como os dois grupos de linhas convergem à medida que a velocidade aumenta. Tanto para o sedan (linhas sólidas) quanto para a van de carga leve (linhas pontilhadas), o papel relativo da temperatura se torna muito menos significativo quanto mais rápido eles vão. Em baixas velocidades, uma mudança de 10 graus na temperatura terá um impacto muito maior na faixa do que qualquer mudança na temperatura em altas velocidades. No caso da van de carga leve, o impacto da temperatura a velocidades elevadas torna-se quase insignificante. Lembre-se de que a força do arrasto é proporcional ao quadrado da velocidade, o que significa que ela tem uma influência muito maior quanto mais rápido você dirige.
 

Visualize o impacto por conta própria

A Geotab usou as descobertas dessa análise para criar uma simulação interativa para comparar um sedan representativo e uma van de carga leve, ambos com uma bateria de 65 kWh. Ajuste a temperatura e a velocidade para ver o impacto na autonomia.

*Uma barra completa (100%) é a autonomia teórica máxima do veículo com base no cumprimento das condições ideais para a temperatura e a velocidade. Não é o mesmo que a autonomia nominal de um veículo.

Considere o seguinte cenário

Imagine que é um dia ameno, cerca de 21 °C, e tem duas opções: pegar a estrada e dirigir a 100 km/h ou dirigir nas ruas da cidade a 50 km/h. Se maximizar a autonomia for a sua prioridade número um, independentemente de estar dirigindo um sedan ou uma van, é melhor seguir o percurso mais lento.

Tente você mesmo: deslize a barra de temperatura para 21 °C. Agora, deslize a barra de velocidade de 50 km/h para 100 km/h.

Digamos que você queira pegar a mesma rota no inverno e que esteja 0°C (32 °F). A sua autonomia já seria inferior à da primavera, uma vez que agora você está consumindo energia para aquecimento, bem como as baterias do veículo. Será que ainda é melhor pegar o percurso mais lento?

Tente você mesmo: deslize a barra de temperatura para 35°C. Agora, deslize a barra de velocidade de 100 km/h para 50 km/h.

No caso do sedan, não há diferença significativa entre as ruas da cidade e a estrada. Você está utilizando cerca de 12% mais energia ao pegar a estrada, mas vai chegar lá duas vezes mais rápido. No entanto, na van de carga leve, sua perda é de 25% de autonomia na rota da estrada em comparação com as ruas da cidade. Quando se trata da van de carga leve, a velocidade ainda desempenha um papel significativo.

Então, qual tem maior efeito na autonomia: temperatura ou velocidade?

Provavelmente, não há uma única resposta para esta pergunta.

Em geral, a velocidade se torna mais dominante em velocidades mais altas, e seguir o limite de velocidade no trajeto é a melhor maneira de conservar a autonomia. Se estiver dirigindo uma van de carga leve ou um veículo de tamanho semelhante, você não deve notar uma diferença sazonal na autonomia do seu veículo, especialmente se as suas rotas são principalmente de condução em estradas.

Se estiver num automóvel menor e mais aerodinâmico, a temperatura tem um impacto mais proeminente na autonomia, especialmente em vias de alta velocidade. Como resultado, será mais importante utilizar estratégias para reduzir esse impacto, conforme destacado aqui (em inglês).

A realidade é que para a maioria das aplicações de frota, os veículos elétricos atuais podem concluir suas viagens com uma única carga, independentemente da velocidade ou da temperatura. Para rotas mais longas, ter um entendimento das temperaturas sazonais e das velocidades da estrada pode fornecer orientação sobre o planejamento da viagem e se uma parada de carregamento deve fazer parte do itinerário.  

Procurando mais informações sobre veículos elétricos? Confira nosso Centro de Conhecimento de Eletrificação de Frotas (em inglês) para obter recursos adicionais e histórias de sucesso.