Por qué hay una carrera mundial para aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos en climas fríos

TOK, Alaska — El duro y gélido interior de Alaska, donde las temperaturas pueden descender a menos 50 Fahrenheit (menos 46 grados Celsius), no es donde esperarías que estuviera un autobús escolar eléctrico.

Pero aquí está el autobús n.° 50 con una calcomanía de un caballo de dibujos animados en el costado que recorre silenciosamente unas 40 millas de caminos nevados y helados todos los días en Tok, llevando a los estudiantes a la escuela no muy lejos de la frontera con Canadá.

En ruta de día funciona perfectamente. Pero las bajas temperaturas roban la autonomía de las baterías de los vehículos eléctricos, lo que impide que el No. 50 realice viajes de campo más largos o a Anchorage o Fairbanks.

Es un problema que encuentran algunos propietarios de vehículos de pasajeros eléctricos y funcionarios de tránsito en climas fríos de todo el mundo. A 20 grados F (menos 7 C), los vehículos eléctricos simplemente no llegan tan lejos como lo hacen a los 70 grados ideales. Parte de esto es que mantener calientes a los pasajeros con tecnología convencional agota la batería.

Como resultado, los viajes más largos en el clima más frío pueden ser difíciles. Las autoridades de transporte como Chicago, que se comprometieron a electrificar toda su flota de autobuses para 2040, deben tomar medidas extraordinarias para mantener los autobuses eléctricos cargados y a tiempo.

A algunos fabricantes de automóviles y conductores les preocupa que la autonomía reducida de la batería en el frío pueda limitar la adopción de automóviles, camiones y autobuses eléctricos en un momento en que las emisiones del transporte deben reducirse drásticamente para combatir el cambio climático. Hay esperanza. Los científicos están compitiendo para perfeccionar la química de las nuevas baterías que no pierdan tanta energía en climas fríos como los sistemas de iones de litio actuales.

Además, los coches equipados con bombas de calor eficientes no pierden tanta autonomía con el frío.

“Tener baterías en climas fríos es un problema, 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 escuelas locales.

Cuando la temperatura desciende a cero, su costo de operar el Electrobus 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 (menos 18-23 C), el autobús eléctrico cuesta alrededor de $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 el costo lo hace inútil y que no compraría otro.

Muchos propietarios de vehículos eléctricos privados también están descubriendo que los viajes de larga distancia pueden ser difíciles en invierno. Los vehículos eléctricos pueden perder entre un 10 % y un 36 % de su rango, ya que muchos estados de EE. UU. experimentan al menos algunas olas de frío cada invierno.

Mark Gendregske, de Alger, Michigan, dijo que las cosas comienzan a ponerse serias cuando las temperaturas bajan al rango de 10 a 20F (menos 7 a menos 12C). “Normalmente veo una degradación de más del 20 por ciento en el alcance y el tiempo de carga”, dijo mientras cargaba su Kia EV6 en el estacionamiento de un centro comercial cerca de Ypsilanti, Michigan. “Voy a pasar de unas 250 millas de alcance a unas 200”.

Gendregske, un ingeniero de un fabricante de autopartes, sabía que el alcance disminuiría, por lo que dijo que con la planificación, el Kia EV aún lo llevará a donde necesita ir, incluso en un viaje largo.

Sin embargo, algunos propietarios no esperaban una caída tan grande en 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, de las 330 millas reportadas por carga a solo 230. “Deberían aclarar esto”. dijo mientras corría hacia el sur desde Ann Arbor en un viaje a Chicago.

Alrededor de las tres cuartas partes de esa pérdida de rango EV se debe a mantener calientes a los ocupantes, pero la velocidad e incluso la conducción en carretera son factores. Algunos conductores se esfuerzan mucho por no usar mucha calefacción para poder seguir conduciendo, usan guantes o se sientan en asientos con calefacción para conservar energía.

Y, por supuesto, los motores de gasolina también pueden perder alrededor del 15 % de su autonomía con el frío.

La pérdida de autonomía no ha frenado la adopción de vehículos eléctricos en Noruega, donde casi el 80 % de las ventas de automóviles nuevos el año pasado fueron eléctricas.

Pruebas recientes realizadas por la Asociación de Automóviles de Noruega revelaron que los modelos realmente varían. El relativamente económico Maxus Euniq6 se acercó más a la gama anunciada y fue coronado como el ganador. Terminó solo un 10% por debajo de su alcance anunciado de 354 km (220 millas). El Tesla S estaba un 16 por ciento por debajo de su rango anunciado. Abajo: el BZ4X de Toyota, que estuvo casi un 36 % por debajo del alcance anunciado con solo 323 kilómetros (200 millas).

Nils Soedal, de la Asociación de Automóviles, llama al problema “no problemático” siempre que los conductores lo tengan en cuenta al planificar su viaje. “El gran problema realmente es tener suficientes estaciones de carga a lo largo del camino” y una mejor información sobre si están funcionando correctamente, dijo.

Las temperaturas variaron de cero a menos 2,2 F (0 a menos 19 C) sobre montañas y a lo largo de caminos cubiertos de nieve durante las pruebas. Los autos fueron conducidos hasta que se les acabó el jugo y se detuvieron.

Recurrent, una empresa estadounidense que mide la duración de la batería en vehículos eléctricos usados, dijo que realizó estudios de monitoreo remoto de 7.000 vehículos y obtuvo resultados similares a la prueba noruega.

El CEO Scott Case dijo que muchos vehículos eléctricos usan calefacción por resistencia para la cabina. Los que lo hacen mejor usan bombas de calor.

Las bombas de calor extraen el calor del aire exterior incluso en temperaturas frías y han existido durante décadas, pero solo se desarrollaron recientemente para automóviles, dijo Case. “Definitivamente tiene que estar en todos estos autos”, dijo.

En las baterías, los iones de litio fluyen a través de un electrolito líquido y generan electricidad. Pero migran más lentamente a través del electrolito cuando se enfría y no liberan tanta energía. Lo mismo sucede a la inversa, ralentizando el proceso de carga.

Neil Dasgupta, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Universidad de Michigan, lo compara con untar mantequilla fría en una tostada. “Simplemente se vuelve más resistente a bajas temperaturas”, dijo Dasgupta.

General Motors está trabajando en soluciones, entre otras cosas. A través de las pruebas, los ingenieros pueden realizar cambios en la gestión térmica y de la batería en los automóviles existentes y aprender para modelos futuros, dijo Lawrence Ziehr, gerente de proyectos de recuperación de energía de vehículos eléctricos de GM.

La semana pasada, GM envió un escuadrón de vehículos eléctricos desde el área de Detroit a la fría península superior de Michigan para probar los efectos del clima frío en la autonomía de la batería.

Aunque se detuvo dos veces para recargar en el camino, una camioneta GMC Hummer con un alcance de alrededor de 329 millas 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 descubrir una estación de carga rota en una tienda de comestibles, los ingenieros fueron a un hotel cercano para obtener suficiente energía para completar el viaje.

Los científicos de las universidades también están trabajando en cambios químicos que podrían hacer que las pérdidas por frío sean cosa del pasado.

Dasgupta de la Universidad de Michigan dice que están desarrollando nuevos diseños de baterías que permiten que los iones fluyan más rápido o permiten una carga rápida en el frío. También existen componentes químicos de baterías, como las baterías de estado sólido, que no utilizan electrolitos líquidos.

Él espera que las mejoras salgan del laboratorio y lleguen a los vehículos en los próximos dos a cinco años.

“Realmente hay una carrera mundial para mejorar el rendimiento de estas baterías”, dijo.

Los informes sobre el medio ambiente y el clima de Associated Press cuentan con el apoyo de varias fundaciones privadas. Conozca más sobre la iniciativa climática de AP Aquí. AP es el único responsable de todo el contenido.

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