Mróz kontra Tesla

Gdy temperatury w Chicago na jakiś czas dramatycznie spadły i zaatakował siarczysty mróz, stacje ładowania pojazdów elektrycznych stały się swoistymi scenami rozpaczy: wyczerpane akumulatory, agresywni kierowcy i długie kolejki. 27-letni Javed Spencer, który jest kierowcą Ubera, wybrał się do stacji ładowania, gdy w jego elektrycznym samochodzie pozostało 30 mil zasięgu, ale nie dotarł do celu. Bateria w jego chevy kompletnie zawiodła już po kilku minutach jazdy…

Dramat kierowców

– Kiedy w końcu go podłączyłem, okazało się, że ładuje się bardzo powoli – powiedział Javed. Pełne naładowanie akumulatora, które zwykle zajmuje godzinę, tym razem trwało pięć razy dłużej. Jego auto to chevy Bolt, ale opisane przez niego problemy w czasie silnych mrozów dotyczyły w większości samochodów marki Tesla. Okazało się, że pojazdy te nie są dobrze przygotowane do prawidłowego działania przy ekstremalnie niskich temperaturach powietrza.

W dniu, w którym w Chicago było –5°F, przy stacjach ładowania firmy Tesla ustawiały się długie kolejki samochodów. Okazało się, że proces ładowania akumulatorów był znacznie wolniejszy niż zwykle, a zasięg samochodu z w pełni naładowaną baterią był mocno ograniczony. W normalnych warunkach samochód tesla jest w stanie przejechać ponad 300 mil po jednym, 30-minutowym ładowaniu. Jednak w czasie ostatnich ataków mrozu wskaźnik ten spadł do poziomu 200 mil, przy czym skuteczne doładowanie akumulatora przez pół godziny nie było możliwe.

Na stacji ładowania w Pittsfield Township w stanie Michigan, na południe od Ann Arbor, akumulator tesli należącej do Ankity Bansal miał jedynie 7 proc. naładowania. Podłączyła pojazd do tzw. superchargera, ale samochód nie pobierał prądu. Zamiast tego na wyświetlaczu pojawił się komunikat, że bateria się „nagrzewa” i że gdy osiągnie odpowiednią temperaturę, pełne naładowanie zajmie godzinę i 50 minut.

W odróżnieniu od samochodów wyposażonych w silniki spalinowe pojazd elektryczny posiada dwa akumulatory: niskonapięciowy i wysokonapięciowy. Przy szczególnie zimnej pogodzie 12-woltowy akumulator o niższym napięciu może rozładować się, tak jak ma to miejsce w tradycyjnych pojazdach. Kiedy to nastąpi, pojazdu elektrycznego nie można ładować za pomocą szybkiej ładowarki, dopóki akumulator niskonapięciowy nie zostanie ponownie uruchomiony.

Wyzwaniem dla pojazdów elektrycznych jest też to, że po dwóch stronach akumulatora – anodzie i katodzie – zachodzą reakcje chemiczne, które są spowalniane w przypadku wyjątkowo niskich temperatur. Wewnątrz akumulatorów jony litu przepływają przez ciekły elektrolit, wytwarzając energię elektryczną. Kiedy jednak robi się zimno, przemieszczają się one wolniej i nie uwalniają tak dużo energii jak zwykle. Zmniejsza to zasięg i może szybciej rozładować baterię.

To samo dzieje się w odwrotnej kolejności. Ponieważ elektrony poruszają się wolniej, akumulator nie jest w stanie przyjąć tak dużej ilości prądu z wtyczki ładującej. To spowalnia ładowanie. Problem polega na tym, że gdy temperatura spada, baterie muszą być wystarczająco ciepłe, żeby elektrony mogły się poruszać. A na stacjach szybkiego ładowania, takich jak Tesla, musi być jeszcze cieplej.

Norweski przykład

– Prawie wszystko, co jest substancją chemiczną, zwalnia w niskiej temperaturze – powiedział Neil Dasgupta, profesor inżynierii mechanicznej i materiałowej na Uniwersytecie Michigan. – To po prostu coś, co dała nam natura i musimy sobie z tym poradzić. Natomiast Jack Brouwer, dyrektor Instytutu Czystej Energii i profesor inżynierii mechanicznej i lotniczej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, mówi: – Bardzo trudno jest sprawić, by pojazdy elektryczne zasilane akumulatorami działały w bardzo niskich temperaturach. Nie można szybko ładować baterii, jeśli jest bardzo zimna.

Dodatkowo pojazdy zużywają więcej energii do ogrzewania akumulatorów i kabiny podczas zimnej pogody, więc wzrost zużycia energii jest zjawiskiem normalnym. Firma Tesla przypomina użytkownikom na swojej stronie internetowej, że nigdy nie należy dopuszczać do tego, by stopień naładowania akumulatora spadł poniżej 20 proc. Zachęca się też kierowców do planowania podróży przez wprowadzanie odpowiednich danych do samochodowego komputera, co pozwala na optymalne przygotowanie pojazdu.

Specjaliści są zgodni co do tego, że wszystkie pojazdy, także te napędzane olejem napędowym czy gazem, gorzej radzą sobie w niskich temperaturach. Jednak w przypadku samochodów elektrycznych nie jest to problem niemożliwy do rozwiązania. Niektóre kraje, gdzie jest proporcjonalnie najwięcej pojazdów elektrycznych na drogach, należą również do najzimniejszych. W Norwegii, gdzie prawie co czwarty pojazd jest napędzany elektrycznością, kierowcy są przyzwyczajeni do podejmowania takich działań jak wstępne podgrzewanie samochodu przed jazdą, co zwiększa wydajność nawet w chłodne dni.

Kolejki do stacji ładowania w Norwegii są dłuższe zimą niż latem, ponieważ w chłodniejsze dni pojazdy ładują się wolniej, ale w ostatnich latach przestało to stanowić problem, ponieważ kraj ten zbudował bardzo dużo nowych stacji ładowania. Ponadto większość mieszkańców Norwegii mieszka w domach, a nie w mieszkaniach, a prawie 90 procent właścicieli pojazdów elektrycznych ma w domu własne stacje ładowania.

Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej, która udostępnia dane na temat bezpieczeństwa energetycznego, na całym świecie 14 proc. wszystkich nowych samochodów sprzedanych w 2022 roku było napędzanych elektrycznie, w porównaniu z 9 procentami w roku 2021. W Europie najwyższy udział pojazdów elektrycznych w rejestracji nowych samochodów mają: Norwegia, Szwecja, Islandia, Finlandia i Dania, a zatem są to kraje, w których zimy bywają dość surowe.

Przewiduje się, że zimna pogoda przestanie być wkrótce problemem, ponieważ firmy będą udoskonalać swoje modele pojazdów elektrycznych. Już w ciągu ostatnich kilku lat zastosowano szereg nowych rozwiązań, które pozwalają nowszym modelom działać bardziej efektywnie w niskich temperaturach. Jednak jest to przede wszystkim problem nie tyle samych pojazdów EV, ale otaczającej je infrastruktury. Ostatni atak mrozów wykazał, że spowolnione ładowanie akumulatorów prowadzi do kolejek przy stacjach ładowania, bo stacji takich po prostu nie ma jeszcze w USA zbyt dużo.

Andrzej Malak