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AutoElettricoGli Editoriali di Tech PrincessMotori

Quanto si riducono le prestazioni dell’auto elettrica con il freddo, il suo peggior nemico?

Tutto quello che c'è da sapere sui cali delle auto elettriche durante la stagione invernale

Per chi ha un’auto elettrica, il ritorno delle mitologiche mezze stagioni non è solo un argomento di conversazione da ascensore, ma una vera speranza. Come abbiamo già visto in questi mesi, infatti, le automobili elettriche, in particolare le loro batterie, sono molto sensibili alla temperatura esterna. E, come d’estate, in inverno le auto elettriche soffrono di vistosi cali di autonomia. Questi cali possono arrivare anche a “rimuovere” un terzo dell’autonomia. Ma come mai questo accade? Perché le auto elettriche in inverno perdono così tanta autonomia? E cosa possiamo fare per limitare la perdita di autonomia? Oggi cercheremo di scoprire tutto qui insieme.

Come è fatta la batteria di un’auto elettrica

Per capire come mai le attuali automobili elettriche perdano così tanta autonomia quando le temperature scendono sotto i 10 gradi, è fondamentale capire come funzioni una batteria di un’automobile elettrica. Ad aprile eravamo andati parecchio nel dettaglio della composizione di una batteria agli ioni di litio odierna. Se volete conoscere nel particolare tutta la chimica che sta dietro gli accumulatori, vi consiglio di leggere al nostro articolo “Cosa influenza l’autonomia di un’auto elettrica? che trovate in fondo alla pagina. Qui, invece, faremo un piccolo excursus per chiarire i concetti chiave dietro ad una batteria agli ioni di litio.

I pacchi batteria maggiormente utilizzati nel mondo dell’auto sfruttano una componente elementare, la cella. Presenti in decine e decine all’interno di una singola batteria, le celle sono il luogo dove avvengono i cicli di carica e scarica della batteria. All’interno di una cella troviamo infatti l’anodo, il catodo, un circuito che collega anodo e catodo e un fluido, l’elettrolita. L’elettrolita è un liquido conduttore, alla base del funzionamento di una cella. Per questo, le batterie utilizzate oggi si definiscono “allo stato liquido”.

All’interno di questo elettrolita sono infatti immersi gli ioni di litio, responsabili dello scambio di energia. Grazie alla sua conduttività, l’elettrolita permette agli ioni di litio di spostarsi da anodo a catodo in fase di scarica. Viceversa, in fase di scarica gli ioni di litio si spostano da catodo ad anodo in fase di carica. Gli elettroni presenti nella cella, invece, fanno il tragitto inverso sul circuito. Questo equilibrio che permette lo scambio di energia chimica ed elettrica è ciò che permette il funzionamento di un sistema elettrico a batterie. E, quindi, alla base anche del funzionamento delle automobili elettriche.

Perché il freddo peggiora l’autonomia delle auto elettriche?

Abbiamo capito a grandi linee come funziona una cella di una batteria. Ora è il momento di comprendere come mai il freddo peggiori l’autonomia di un’automobile elettrica. Le motivazioni sono parecchie, e non sono tutte causate dalla batteria. La maggiore conseguenza che generano le temperature rigide si avverte però proprio all’interno degli accumulatori. Come abbiamo detto prima, le celle che vanno a comporre la batteria sfruttano una tecnologia allo stato liquido. Come abbiamo imparato tutti durante gli anni di scuola, però, i liquidi possono cambiare il proprio comportamento al cambiare della temperatura. Pensate, per capire di cosa vi sto parlando, all’acqua. A 100 °C, l’acqua evapora, mentre a 0°C si solidifica, ghiacciandosi. All’interno di una batteria, ovviamente, non si ottengono né un cubo di ghiaccio né una cella piena di vapore.

L’elettrolita, però, nonostante non ghiacci o evapori, cambia la propria viscosità. Cosa significa? La viscosità è una caratteristica dei fluidi che misura la resistenza allo scorrimento. Per farvi capire di cosa stiamo parlando, un fluido molto viscoso è il miele o lo sciroppo. Questi sono liquidi molto densi, e difficili da far scorrere. Al contrario, un fluido poco viscoso è la stessa acqua, o la benzina. Sebbene quindi ogni fluido abbia la propria viscosità, le temperature possono modificare parecchio questa caratteristica. Nello specifico, l’elettrolita a 20 gradi ha una viscosità ottimale per lo scambio di ioni di litio. Quando la temperatura si alza, la viscosità scende sotto il livello ottimale. Di conseguenza, all’interno della cella si muovono più ioni di litio del necessario. Questa abbondanza di elettroni rende l’intero ciclo di carica e scarica poco efficiente.

Quando invece le temperature si avvicinano allo 0, l’elettrolita diventa molto più denso. Questa viscosità così alta rende difficile il passaggio degli ioni di litio. Questi ioni faticano a muoversi da anodo a catodo, sia nella fase di scarica che in quella di carica. Di conseguenza, il rendimento della batteria delle auto elettriche d’inverno crolla. Le batterie non riescono ad avere con i climi rigidi la stessa resa che danno quando le temperature sono ottimali. Cosa intendiamo per ottimali? Una temperatura esterna tra i 15 e i 25 gradi. E a quanto ammonta la perdita di autonomia? Dipende dall’elettrolita utilizzato, dalle temperature, da dove si parcheggia l’auto di notte e da tanti altri fattori. In generale, però, il rendimento di una batteria agli ioni di litio può calare di circa il 15/20% con il freddo.

Anche la ricarica delle auto elettriche in inverno non è ottimizzata

Anche la ricarica non è ottimale per gli stessi motivi. Se colleghiamo la nostra vettura elettrica alla corrente con una bassa temperatura, la viscosità dell’elettrolita rallenterà la velocità di carica. In questo modo, si impiega molto più tempo per una ricarica. Per questo, moltissime auto elettriche sono dotate di batterie climatizzate, che vengono raffreddate d’estate e riscaldate in inverno. Molte automobili, quando viene impostata come destinazione sul navigatore una colonnina di ricarica, attivano un sistema di riscaldamento del pacco batterie.

Così, una volta arrivati alla colonnina, la viscosità dell’elettrolita sarà ottimale, e la ricarica potrà essere effettuata senza problemi. Prima che lo diciate, però, questo stratagemma non può essere utilizzato estensivamente per mantenere le temperature ottimali in marcia. Questo perché un sistema di riscaldamento di questo genere assorbirebbe più energia di quella che andrebbe ad ottimizzare. In questo caso, il gioco non vale la candela. Le batterie attuali vengono comunque riscaldate, per evitare un rendimento troppo basso. Ma, ad oggi, non si raggiunge mai un riscaldamento tale da garantire i 25 gradi costanti.

Tra chimica, aerodinamica e riscaldamento, le perdite di autonomia possono arrivare al 30/40%

A queste problematiche, poi, si aggiungono altri ostacoli comuni alle automobili termiche. Quali? Il riscaldamento dell’abitacolo e la maggiore resistenza all’avanzamento che l’aria esercita sull’automobile in inverno. Partiamo dal riscaldamento. Come ben sappiamo, infatti, l’abitacolo di un’automobile è esposto a grandi sbalzi di temperatura. È quindi cruciale avere la giusta temperatura all’interno dell’abitacolo, per creare un ambiente sicuro e confortevole.

Climatizzare l’abitacolo di un’auto, però, non è un procedimento “gratuito”. Sia sulle auto termiche che su quelle elettriche, infatti, bisogna utilizzare dell’energia per riscaldare o raffrescare l’interno. Sulle auto termiche, l’utilizzo del sistema di riscaldamento o di climatizzazione più far calare i consumi del 5%. Allo stesso modo, sulle elettriche si perde parecchia autonomia, anche più di un’auto termica. L’autonomia totale è infatti intaccata tra il 5 e il 10% quando si utilizzano i sistemi di riscaldamento tradizionali. Per ovviare al problema, diverse vetture a batteria utilizzano sistemi di riscaldamento a pompa di calore. Questi sistemi non usano una resistenza elettrica come i classici riscaldamenti. Al contrario, raccolgono il calore emesso dal motore e dai sistemi elettrici, restituendolo “a costo zero” all’abitacolo. Questo sistema, introdotto da Hyundai e KIA e utilizzato da tante auto elettriche, permette di ridurre l’impatto del riscaldamento a solo l’1/2%.

L’inverno non colpisce però solo le auto, ma anche l’asfalto, il clima e l’aria. Per questo, ci sono altri fattori che vanno a peggiorare l’autonomia delle auto elettriche in inverno. Con lo scendere delle temperature sotto i 5°C, infatti, l’aderenza offerta dagli pneumatici estivi diventa limitata. Per questo, come vi abbiamo raccontato in un articolo dedicato, è bene “indossare” le gomme invernali. Queste però, a causa dei battistrada molto intagliati per combattere pioggia, neve e ghiaccio hanno una maggiore resistenza al rotolamento. Solo gli pneumatici invernali riducono l’autonomia di almeno il 5/7%. Oltre ad essi, poi, anche l’asfalto è meno permissivo, più freddo e spesso bagnato o innevato. Queste circostanze concorrono ad aumentare la resistenza al rotolamento. Infine, anche l’aerodinamica gioca un brutto scherzo.

Il discorso fatto per i fluidi infatti vale anche per l’aria. L’aria che respiriamo è infatti un fluido, ed è soggetta alle stesse regole di cui abbiamo parlato prima. In inverno, infatti, la densità dell’aria è maggiore. Di conseguenza, è più difficile per un’auto “tagliare” l’aria per avanzare a velocità sostenute. Questo quindi aumenta la richiesta di potenza per viaggiare ad una velocità di 90 km/h, ad esempio, del 3/4%. Questa resistenza all’avanzamento finisce per impattare ancora una volta sull’autonomia. Come vedete, quindi, l’inverno è davvero nemico delle auto elettriche. Il calo di autonomia, tenendo conto delle condizioni molto variabili, può arrivare in zone fredde come il Nord Italia anche al 30/40%. La vostra auto elettrica che in estate è in grado di percorrere 350 km con una carica, quindi, in inverno potrebbe superare a malapena i 200.

Come limitare i danni del freddo all’autonomia di un’auto elettrica

Siamo quindi condannati a viaggiare meno in inverno? Sicuramente, con la tecnologia attuale delle batterie non potremo mai eliminare questa differenza di autonomia. Per riuscire a percorrere gli stessi km in ogni condizione, al netto del calo dato da gomme invernali e aerodinamica, dovremo aspettare le batterie allo stato solido. Questo nuovo tipo di batterie, che dovrebbe arrivare entro i prossimi 5 anni sul mercato, non ha celle contenenti un elettrolita. All’interno delle singole celle, invece, c’è un materiale conduttivo solido, capace quindi di mantenere le proprie proprietà invariate in estate come in inverno. In più, grazie ad un’efficienza enormemente superiore, dovrebbero pesare molto meno delle attuali batterie e garantire molta più autonomia.

In attesa di queste batterie rivoluzionarie, però, ci sono degli accorgimenti che si possono prendere per limitare il calo di autonomia. Quali? Innanzitutto, quasi tutte le vetture elettriche moderne sono dotate di sedili e volante riscaldabili, a volte anche dietro. Allo stesso modo, diverse auto elettriche sono dotate di parabrezza riscaldato. Questo sistema evita di dover usare il riscaldamento per rimuovere congelamenti e appannamenti del parabrezza. Secondo uno studio dell’ADAC, (l’equivalente tedesco dell’ACI), il riscaldamento di un intero abitacolo richiede dai 2 ai 5 kW di energia. Per riscaldare invece tutti e 5 i sedili, il volante e il parabrezza bastano 150-200W. Parliamo quindi di un metodo dalle 10 alle 30 volte meno energivoro.

Questo non significa che dobbiate viaggiare al freddo, ovviamente. Quasi tutte le automobili elettriche permettono infatti di riscaldare da remoto l’auto quando è sotto carica. In questo modo, potete riscaldare la vostra auto elettrica senza perdere neanche un kW di energia, e mantenere la temperatura con i sedili riscaldati. Infine, è importantissimo scegliere la velocità ottimale fuori dai centri urbani. In autostrada, ad esempio, la resistenza dell’aria a 120 km/h è del 15% più alta rispetto a viaggiare a 110 km/h. Per questo, limitare la velocità può ridurre la resistenza dell’aria, portandovi così a consumare molto meno.

Se ci riescono in Norvegia, possiamo combattere l’inverno con le auto elettriche anche noi!

Quindi le auto elettriche in inverno sono spacciate? In realtà, se escludiamo la problematica batterie, le automobili elettriche sono ottime in inverno. I motori elettrici infatti sono si più vigorosi di quelli termici in termini di spinta, ma sono anche più “addomesticabili”. I motori elettrici hanno infatti integrati al loro interno i moduli dei controlli di trazione e stabilità. In questo modo, quando una delle ruote perde aderenza, l’erogazione della potenza viene modulata alla perfezione, meglio che su un’automobile termica. La stabilità sui fondi viscidi, neve e ghiaccio è quindi superiore.

Dal punto di vista pratico, quindi, le auto elettriche non hanno alcun problema in inverno, anzi. La vera sfida è quella delle batterie, che allo stato attuale della tecnologia non amano le temperature rigide. Come detto, però, con l’arrivo sul mercato delle batterie allo stato solido questi problemi saranno un ricordo del passato. Come il gasolio che si ghiacciava all’interno dei serbatoi negli anni ’80. L’esempio di come questa problematica possa essere superata arriva già oggi dalla Norvegia.

Nel Paese nordico, dove le temperature in inverno non vedono mai il segno più, le auto elettriche sono incredibilmente diffuse. Le auto elettriche nel mese di ottobre 2021 hanno toccato una quota di mercato del 70,1%. Quindi in Norvegia, nonostante le temperature polari, le auto elettriche vengono usate tranquillamente. Merito di una rete di infrastrutture di ricarica capillare, ma non solo. Conta anche la conoscenza delle tecniche di cui abbiamo parlato poco fa. Fondamentale è poi la voglia da parte degli automobilisti di superare le criticità per viaggiare full electric. La rete di ricarica è fondamentale per superare i limiti delle auto elettriche, e lo sarà sempre di più. La vera svolta, però, si avrà con l’arrivo delle batterie allo stato solido. Ad oggi, invece, bisogna sapersi adattare, massimizzare l’autonomia delle vetture attuali.

Per evitare qualsiasi problema, però, è bene agire alla radice. Se siete alla ricerca di un’auto elettrica e abitate in una zona con inverni rigidi, scegliete vetture con una buona autonomia “estiva”. In questo modo, avrete a disposizione almeno 200 km anche con temperature ben sotto lo zero. Il tutto sapendo che presto sorrideremo pensando a queste criticità, ricordandole con simpatia. Ma ora tocca a voi! Cosa ne pensate? Conoscevate i motivi per cui le auto elettriche perdessero così tanta autonomia? Avete un’auto elettrica e soffrite di “crisi invernale” della vostra autonomia? Oppure è proprio questo dettaglio a fermarvi dall’acquisto? Fatecelo sapere qui sotto nei commenti. È il vostro momento.

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Giulio Verdiraimo

Ho 22 anni, studio Ingegneria e sono malato di auto. Di ogni tipo, forma, dimensione. Basta che abbia quattro ruote e riesce ad emozionarmi, meglio se analogiche! Al contempo, amo molto la tecnologia, la musica rock e i viaggi, soprattutto culinari!

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