Como a variação de temperatura afeta a autonomia de um veículo elétrico?

Ao explorar os benefícios da introdução de veículos elétricos em suas frotas, as empresas terão de avaliar qual autonomia será necessária e como prestar conta das condições operacionais exclusivas desses veículos, o que inclui variabilidade sazonal. Após uma análise detalhada dos dados de veículos elétricos, extraídas de 4.200 veículos elétricos a bateria (BEVs) conectados e 5,2 milhões de viagens, exploramos o impacto que a temperatura exerce sobre a autonomia desses veículos. 

Aqui, revelamos a temperatura operacional ideal, o quanto de perda de autonomia se pode esperar no período mais intenso do inverno ou no pico do verão e tópicos importantes sobre o que pode ser feito para estender a autonomia diária dos seus veículos elétricos.

Entendendo a autonomia dos veículos elétricos

A autonomia compreende a distância que um veículo elétrico pode percorrer com uma única carga. A autonomia anunciada do veículo se baseia em testes padronizados, executados em um dinamômetro na instalação de testes. No entanto, como é do conhecimento dos motoristas de veículos elétricos, a autonomia oficialmente listada é mais compreendida como uma diretriz.

Veículos elétricos, como carros a gás, apresentam um desempenho diferente em condições reais, dependendo do terreno, da carga de passageiros, da velocidade, do comportamento do motorista e da temperatura externa. Todos esses fatores afetam a economia de combustível do veículo (a distância que um veículo pode percorrer com determinada quantidade de combustível: kWh, no caso de veículos elétricos) e, por conseguinte, sua autonomia.

Quanto mais energia as baterias de um veículo conseguem armazenar, maior será a autonomia, mas a eficiência do combustível do veículo é afetada por seu design (peso, formato, tamanho etc.). Para um ônibus alcançar a mesma distância percorrida por um carrode 60 kWh, seria necessária uma bateria bem maior. No entanto, as condições externas podem afetar de maneira negativa ou positiva a economia de combustível do veículo em uma viagem específica. Isso não é exclusivo aos carros elétricos. Pisar fundo no acelerador quando o semáforo abre ou dirigir em dias frios significa menor eficiência, independentemente de como você abastece seu carro. 

Veículos elétricos em clima frio

Desde o lançamento dos veículos elétricos no mercado, uma crítica frequente à sua utilização é a de que não funcionam bem no inverno. Embora muitos motoristas canadenses e noruegueses de veículos elétricos tenham outra opinião (em inglês), a temperatura é sem dúvida a maior culpada quando falamos em autonomia.

A autonomia diária é afetada pela temperatura, principalmente por conta do aquecimento e resfriamento dos auxiliares. A energia da bateria não apenas alimenta o veículo, como também os sistemas auxiliares, principalmente na regulagem da temperatura da cabine e da bateria do veículo.

Com frequência, as pessoas supõem que a perda de autonomia em baixas temperaturas se deve ao menor desempenho da bateria. Embora as baterias de íon de lítio provoquem lentidão em temperaturas extremas (as baixas temperaturas afetam sua capacidade de armazenar e liberar energia), isso tem um impacto bem menor sobre a autonomia do que sobre a carga auxiliar. Além disso, as montadoras projetam sistemas de gerenciamento térmico de baterias para mantê-las dentro de uma faixa de temperatura ideal e reduzir ainda mais sua perda de desempenho (mas às custas da carga auxiliar).

Como a temperatura afeta a autonomia de um veículo elétrico?

Procuramos obter uma compreensão total dos efeitos da temperatura sobre a autonomia e verificar se todos os modelos de veículos elétricos são afetados da mesma maneira. Para descobrir, a Geotab analisou dados anonimizados de 5,2 milhões de viagens realizadas por 4.200 veículos elétricos, representando 102 combinações diferentes de marca/modelo/ano, e analisou a eficiência média dos veículos por viagem por temperatura.

Nossa análise revelou o seguinte:

1. A maioria dos veículos elétricos segue uma curva de faixa de temperatura semelhante, independentemente da marca ou do modelo.
2. Apesar de as temperaturas baixas e altas afetarem a autonomia, os climas mais frios exercem maior impacto.
3. A temperatura de 21,5 °C representa o ponto certo de eficiência por viagem do veículo.
    

Gráfico 1: curva de faixa de temperatura

Nossos dados revelam que a maioria dos veículos elétricos segue a mesma curva de eficiência de temperatura, independentemente da marca, modelo ou ano. O gráfico acima mostra a autonomia que um veículo elétrico obterá (em média) em comparação com sua autonomia nominal em uma temperatura específica. Em temperaturas ideais, os veículos elétricos apresentam melhor desempenho do que sua autonomia nominal, atingindo picos de 115% a 21,5 °C. Portanto, a maioria dos proprietários de veículos elétricos está excedendo a autonomia nominal do veículo em condições de temperatura máxima.

No entanto, conforme a temperatura aumenta ou diminui, a perda de autonomia é aparente. A -15 °C, a autonomia nominal dos veículos elétricos sofre uma queda de 54%, ou seja, um carro com autonomia de 402 km alcançará apenas a média de 217 km. 

O frio acaba sendo o culpado, mas o calor não fica atrás.

O curioso é que, se você observar atentamente, a autonomia cai de forma ligeiramente mais rápida (a queda é mais acentuada) conforme a temperatura aumenta. No entanto, o impacto real é menor em temperaturas mais altas, uma vez que o clima da Terra não atinge temperaturas superiores a 50 °C com frequência; sendo assim, não sabemos (e esperamos não ser necessário nos preocuparmos com isso) o que acontece com a nossa autonomia além desse ponto.

O custo de se sentir confortável

Não é por acaso que, em todos os sentidos, as viagens mais eficientes ocorreram em dias com temperaturas externas médias de 21 a 22 °C. Fato interessante: essa, por acaso, é a temperatura que nós, seres humanos, gostamos de manter em nossas residências.

Se você entrar em seu carro e a temperatura externa estiver abaixo de 20 °C, muito provavelmente acionará o aquecimento; acima de 21,5 °C, certamente acionará o ar-condicionado. Ajustar a temperatura da cabine a uma condição confortável semelhante à da sua residência consome energia da bateria que poderia ser usada para movimentar o carro.

Assim como os seres humanos, as baterias também gostam de se sentirem confortáveis e funcionam melhor a temperaturas moderadas (embora se adaptem melhor a condições frias e tolerem uma faixa de temperaturas mais ampla). O sistema de gestão térmica integrado dos veículos elétricos foi projetado para usar energia no aquecimento ou refrigeração da bateria, conforme necessário. Isso garante a operação dentro da faixa ideal e também ajuda a evitar a degradação da bateria . Dessa forma, o carro trabalha para aquecer/resfriar os ocupantes e as baterias em condições de frio ou calor.

Os melhores e os piores desempenhos

Gráfico 2: curva de autonomia com 10º e 90º percentis mostrando a distribuição da eficiência de viagem 

A curva de autonomia acima se baseia na eficiência média de todas as viagens em nossas bases de dados, medidas de acordo com uma temperatura específica. Essas viagens aconteceram sob condições reais e, por essa razão, foram expostas a uma ampla variedade de fatores externos com poder de afetar a eficiência do veículo, como terreno, velocidade, hábitos do motorista, duração da viagem e condições de partida (por exemplo, se a viagem começou em uma garagem com controle de temperatura).

Esta análise não tenta isolar o impacto relativo de cada fator sobre a autonomia. É razoável supor que as viagens mais eficientes (ou os melhores desempenhos) em uma temperatura específica terão como motivo certa combinação de fatores externos os quais influenciam a eficiência do veículo. Em uma análise à parte, observamos o impacto relativo da temperatura e da velocidade.

No geral, os melhores desempenhos (dentro do 90º percentil) obtiveram uma autonomia 32% superior à média e o dobro da autonomia do 10º percentil, considerado o pior. Isso sugere a existência de alguma liberdade de movimento em relação a até onde você espera chegar com uma única carga, o que pode estar parcialmente sob seu controle.

Embora, na maioria das vezes, todos os modelos de veículos tenham seguido essa curva de faixa de temperatura, os veículos elétricos utilizam diferentes sistemas de gerenciamento de bateria. Por exemplo, vários modelos mais recentes de veículos elétricos são equipados com uma bomba de aquecimento, um método de controle de temperatura bastante eficiente. A expectativa é de que as curvas de faixa de temperatura dos modelos com bomba de aquecimento serão mais planas do que a dos modelos sem ela.

Dicas para aumentar a autonomia do veículo elétrico em dias quentes e frios

Conforme descrito, o principal causador da perda de autonomia em temperaturas baixas e altas é a carga auxiliar. Portanto, minimizar a carga auxiliar ajudará a estender essa quilometragem:

Aproveite as comodidades oferecidas em seu automóvel (aquecer ou resfriar o ser humano, não o ar)

Certifique-se de usar o aquecimento dos assentos e do volante. O aquecimento do ar da cabine pode consumir 3.000 a 5.000 watts e sua eficiência é inferior à do aquecimento do assento e do volante (cerca de 75 watts), o que transfere calor para o corpo via condução. O uso desses recursos cada vez mais comuns pode manter você confortável sem recorrer ao aquecedor da cabine. No entanto, em temperaturas extremamente baixas, diminuir o aquecimento da cabine só pode levar até certo ponto, e você ainda perderá energia do sistema de gerenciamento térmico da bateria.

Pré-condicione o veículo

Assim como antes de um exercício, aqueça-se antes de uma longa viagem. Se estiver quente, resfrie-se. Ligar os aquecedores do carro enquanto ele ainda estiver conectado minimizará a carga auxiliar com o aquecimento (ou resfriamento) do carro antes de iniciar a viagem. Aproveite o pré-condicionamento sem culpa proporcionado pelos veículos elétricos. Estacione em uma garagem com controle de temperatura para obter um efeito semelhante, se houver essa alternativa.

Mantenha o veículo conectado em dias de extremo frio ou calor

Além dos benefícios do pré-condicionamento antes da viagem, as montadoras recomendam que os veículos sejam conectados em dias de muito calor ou frio quando o veículo não estiver em uso. (Observação: isso é diferente do carregamento ativo, que deve ser evitado em condições extremas, particularmente no calor). Conectar o veículo permite que o sistema interno mantenha os controles de temperatura da bateria, prolongando a vida útil da bateria a longo prazo.

Dirija de forma conservadora

Independentemente do clima, um fator que sempre afeta a autonomia é a forma como você dirige seu veículo elétrico. Aceleração e frenagem excessivas e dirigir em altas velocidades: tudo isso consome energia. A direção conservadora não apenas é melhor em termos de autonomia, como também mantém sua segurança e a dos passageiros, especialmente em estradas frias ou úmidas. Ao antecipar a necessidade de frear e evitar as freadas bruscas, você dará ao sistema de frenagem regenerativa do veículo elétrico a chance de entrar em ação, o que recupera energia e a armazena de volta na bateria. Jamais se esqueça disto: em temperaturas extremamente baixas, o sistema de frenagem regenerativa será menos eficaz, pois baterias frias não podem aceitar tanta energia quanto as baterias quentes.

Use o modo Eco

Cada veículo elétrico apresenta um funcionamento diferente em relação ao seu modo Eco, mas, no geral, todos trabalham para reduzir o consumo de energia e aumentar a quilometragem com a redução do fornecimento de energia ao motor de acionamento e os recursos de alto consumo de energia, como os aquecedores da cabine. No inverno, os modos Eco podem de fato tornar mais segura a condução do veículo. Ao reduzir a potência do motor, o carro acelera mais lentamente e isso reduz a possibilidade de derrapagem das rodas em estradas cobertas de gelo ou neve.

Verifique a pressão dos pneus

A pressão dos pneus diminui conforme a temperatura ambiente cai, o que resulta em maior resistência à tração e redução da autonomia. É sempre recomendável verificar a pressão dos pneus todos os meses, mas, especialmente, quando as temperaturas exteriores sofrem mudanças significativas com as estações.

Saiba onde estão seus carregadores rápidos

As baterias frias apresentam maior resistência ao carregamento, isto é, os veículos elétricos carregam mais lentamente em baixas temperaturas. Certifique-se de ter à disposição um carregador nível 2 de 240 V para a carga principal, seja durante a noite ou enquanto estiver trabalhando. Caso planeje fazer uma viagem longa no inverno com seu veículo elétrico, vale a pena mapear onde se encontram as estações de carregamento rápido. 

Visto que os tamanhos das baterias aumentaram nos novos modelos de veículos elétricos, a perda de autonomia passou a ser menos problemática. Maior capacidade significa menos impactos na maioria das necessidades diárias de viagem, e a infraestrutura de carregamento continua se expandindo para as viagens ocasionais.

Informações adicionais para frotas

Eletrificação ainda é um tópico novo para muitas frotas. Se não tiver certeza de por onde começar sua pesquisa, visite o Centro de Conhecimento de Eletrificação de Frotas (em inglês) da Geotab para obter insights educacionais, recursos e histórias de sucesso de frotas. Entender como escolher o veículo elétrico certo para as necessidades específicas da sua frota começa com a coleta e a avaliação de dados telemáticos. As frotas podem identificar com precisão os veículos em sua frota prontos para se tornarem elétricos com base em requisitos operacionais e financeiros por meio de uma avaliação de adequação de veículos elétricos. A análise assume o pior cenário de temperatura; dessa forma, os gerentes de frota podem ter certeza de que seus veículos elétricos terão capacidade de autonomia em quedas de temperatura, ondas de calor no verão e tudo o que estiver relacionado.