Come cambia in inverno l'autonomia delle auto elettriche

Con le auto elettriche l'aspetto forse di maggiore interesse non riguarda la coppia, i cavalli, la velocità o l'accelerazione, ma l'autonomia. E forse non tutti sanno che questo aspetto non è costante, ma è fortemente influenzato in maniera direttamente proporzionale all'abbassamento delle temperature.

Vediamo quindi perché avviene questo fenomeno e come cambia in inverno l'autonomia delle auto elettriche, cercando di quantificare questa riduzione, che non è costante per tutti i veicoli, e se possiamo fare qualcosa per combatterla. Ma prima di lanciarci in questo approfondimento vi ricordiamo cosa incide sull'autonomia di un'auto elettrica.

Perché le auto elettriche sono sensibili al freddo
Come cambia in inverno l'autonomia delle auto elettriche
Consigli per migliorare l'autonomia

Prima di spiegare come cambia l'autonomia delle auto elettriche con il freddo (e vi abbiamo già rivelato che diminuisce), cerchiamo di capire perché questo succede. Ci sono tre effetti principali: sulle batterie e sul riscaldamento, che influenzano l'autonomia, e uno sulla ricarica. Andiamo a comprendere perché.

Batteria

Le batterie agli ioni di litio, che siano di uno smartphone, di un portatile o di un'auto elettrica, sono al momento la soluzione migliore sul mercato in quanto offrono una elevata energia specifica, capacità di corrente elevata, una lunga durata di vita e bassi costi di produzione.

La generazione di elettricità avviene perché l'energia chimica viene convertita direttamente in energia elettrica in una cella elettrochimica grazie al flusso di elettroni da un elettrodo chiamato anodo (carico negativamente) a un elettrodo chiamato catodo (carico positivamente). All'anodo, composto di un metallo come zinco o litio, l'elettrodo reagisce con l'elettrolita (il liquido o gel in cui è immerso) producendo elettroni (un processo chiamato ossidazione).

Al catodo avviene una reazione che lo mette in condizioni di accettare gli elettroni (un processo chiamato riduzione). La reazione nel complesso si chiama di riduzione-ossidazione, ovvero redox. Il potenziale di queste reazioni è la capacità della batteria di produrre o attirare elettroni ed è chiamato potenziale standard, e quando collego i due elettrodi, ovvero chiudo il circuito, gli elettroni sono liberi di passare e caricano il mio dispositivo. Quando invece collego la batteria a una fonte di elettricità, "forzo" il processo inverso, permettendo il passaggio degli elettroni attraverso la membrana semi permeabile e di fatto riportando gli elettroni all'anodo.

Con le basse temperature, banalmente queste reazioni chimiche vengono rallentate, in quanto agiscono come una resistenza che rallenta i processi fisici.

Non sono solo cattive notizie, però. Le alte temperature fanno male alle batterie, causandone il deterioramento precoce, ed è per questo che le basse temperature hanno in teoria un effetto positivo sulla vita complessiva delle batterie. È altresì vero però che se il freddo riduce l'autonomia, le devo caricare più spesso e questo controbilancia l'effetto positivo delle temperature. Ma concentriamoci sull'autonomia.

In generale, comunque, la temperatura di esercizio ottimale per una batteria è di 21,5 °C.

Riscaldamento

C'è un secondo problema. La maggior parte dei veicoli elettrici è dotato di un sistema di controllo delle temperature che reindirizza il poco calore generato dal motore (in quanto molto efficiente) e soprattutto utilizzano energia preziosa per portare le batterie alla temperatura corretta.

Questo vuol dire che l'efficienza complessiva del veicolo si abbasserà, e inoltre sarà necessario sprecarne altra per riscaldare l'abitacolo, qualcosa che con le auto a combustione interna non accade, perché essendo molto inefficienti reindirizzano il calore in eccesso prodotto dal motore verso l'abitacolo.

Se a questo poi aggiungete l'energia necessaria per scaldare i sedili e il volante, capirete che l'impatto del freddo sull'autonomia dei veicoli elettrici è principalmente dovuto alla maggior quantità di energia sottratta alla locomozione e utilizzata per riscaldare le varie componenti.

Ricarica

Infine c'è un altro effetto del freddo che aumenterà i nostri viaggi in elettrico, ed è la ricarica. Ricordate che è il veicolo a controllare la velocità di ricarica, non il caricatore. Quando le temperature sono basse, il software del veicolo elettrico ne riduce la potenza di ricarica per non stressare la batteria.

L'Idaho National Laboratory ha rilevato che a 0°C la batteria di un veicolo elettrico assorbe il 36% di energia in meno rispetto a quando la batteria è stata caricata per lo stesso periodo di tempo a 25°C. Questo significa che più fa freddo, più tempo impiegherete a ricaricare il veicolo.

A questo poi dovete aggiungere il fatto che la velocità di ricarica diminuirà sempre man mano che la batteria raggiunge la piena capacità, ma questo non c'entra con il freddo.

Abbiamo quindi visto che il freddo ha un impatto importante sull'autonomia di un veicolo elettrico, sia per la chimica delle batterie che per la necessità di scaldarle, oltre che per scaldare l'abitacolo.

Ma come si quantifica questo impatto nel suo complesso? Ci sono diversi studi a riguardo, che hanno valutato diversi modelli auto, scoprendo come non tutti i veicoli siano uguali. I più interessanti sono i rapporti di Recurrent, Consumer Reports e AAA, tutti negli Stati Uniti.

Recurrent è uno dei più interessanti, in quanto raccoglie ogni anno i dati di 13 veicoli da più di 7.000 proprietari di auto elettriche attraverso un'app, e rilascia uno studio sui risultati. A dicembre 2022, il sito ha rilevato una serie di dati, confrontando l'autonomia a 21°C con quella a temperature sotto 0°C (tra -6 e -1°C).

Come si vede dal grafico qui sotto, non tutti i veicoli si sono comportati allo stesso modo (alcuni hanno valori stimati, altri verificati), e le variazioni vanno dal -3% della Jaguar i-Pace al -30% della Volksvagen ID.4.

Recurrent inoltre riporta come la presenza di una pompa di calore possa ridurre l'effetto sull'autonomia del freddo.

In generale, auto piccole con batteria meno capiente sembrano soffrire di più, ma non è sempre vero (vedasi la ID.4). La BMW i3, per esempio, riporta una forte perdita di autonomia (26%), e così la piccola Chevy Bolt (da noi non venduta), con il suo 34%. Anche la Ford Mustang Mach-E, pur non essendo per niente piccola, riporta un calo del 35% dell'autonomia. Secondo Recurrent, uno dei motivi è il fatto di non aver installato una pompa di calore e basarsi solo sul riscaldamento a resistenza.

Tra le più virtuose, c'è la Kona Electric (-7%) e la soprannominata i-Pace (-3%). Tesla ha un sistema di gestione termica molto proattivo che entra in azione sia a temperature alte che basse, riduce la frenata rigenerativa (con il freddo) e soprattutto controlla in modo piuttosto aggressivo le stime di autonomia a disposizione degli utenti.

Questo significa che i guidatori non vedranno cambiamenti con il caldo o con il freddo sul loro computer di bordo, ma in realtà sia con il caldo che con il freddo avranno una diminuzione drastica dell'autonomia, soprattutto senza pompa di calore.

Passando all'analisi di AAA, che è stata fatta in laboratorio, viene riportata una riduzione del 12 % dell'autonomia a -6°C rispetto a quanto misurato a 24°C, mentre per fare un paragone con 35°C è stata osservata una riduzione del 4% di autonomia.

Se si attiva il condizionamento, AAA rileva una riduzione media del 41% di autonomia a -6°C e del 17% a 35°C. Quindi l'ente conclude che a seconda della temperatura ambiente, l'uso del condizionamento comporta una significativa diminuzione dell'autonomia e dell'efficienza.

Passiamo infine al riscontro di Consumer Reports, effettuato sul campo con auto di test. Il noto sito rileva che con il freddo (-6°C) l'autonomia si riduce di circa il 25% in autostrada a 110 km/h rispetto alle stesse condizioni in condizioni di temperatura mite (18°C), e in precedenti test avevano rilevato riduzioni anche fino al 50% con fermate frequenti e riscaldando l'abitacolo.

Consumer Reports ha scoperto con stupore che la maggiore autonomia è stata ottenuta con una temperatura di circa 27°C, nelle loro condizioni di test.

Tra le quattro auto testate, Ford Mustang Mach-E, Tesla Model Y, Volkswagen ID.4 e Hyunadi Ioniq 5, hanno rilevato le maggiori differenze tra temperatura calda e fredda nella Tesla e nella Ford, mentre la Hyundai era la più costante.

Infine, per ribadire ancora come la temperatura giochi un ruolo sull'autonomia e sia comunque difficile stabilire dei valori assoluti, vale la pena citare un altro test di whatcar.com, che ha rilevato una differenza tra autonomia in estate e in inverno dell'11,8% su una Tesla Model Y Long Range, del 20,6% su una Cupra Born 58 kWh e del 21,6% su una BMW i4 eDrive40 M.

In sostanza, è difficile stabilire una percentuale precisa, ma è un dato di fatto che il freddo ha un impatto sull'autonomia dei veicoli elettrici. Come mitigare questo effetto? Ecco alcuni consigli.

Usate il precondizionamento, disponibile nella maggior parte dei veicoli elettrici anche come optional con un'app di servizi connessi che permette di riscaldare sia la batteria che l'abitacolo prima di salire effettivamente in auto, tutto dal tuo telefono.

Riscaldate la batteria prima di caricarla usando il precondizionamento della batteria. In alternativa, ricaricatela subito dopo un viaggio.

Usate il riscaldamento dei sedili e del volante piuttosto che solo i controlli del clima, in quanto consumano meno energia e sono orientate a conducente e passeggeri, piuttosto che diffondere aria calda nell'abitacolo.

Abbassate il livello di frenata rigenerativa per la guida invernale poiché le strade possono essere ghiacciate o fredde, ed è più pericoloso guidare se i freni non intervengono tempestivamente. Inoltre, come fa Tesla, la frenata rigenerativa può anche essere limitata dal sistema di gestione della batteria se la batteria è fredda, poiché una batteria fredda non può caricarsi velocemente come una calda.

Se avete una Tesla, abbassate la soglia di carica al 70% e lasciatela collegata di notte, in quanto le Tesla hanno una gestione termica molto attiva, e in questo modo l'auto può usare la corrente della rete per scaldarsi invece della batteria.