Электромобили в мороз: больше – не значит лучше? Ученые раскрывают неожиданные проблемы

Фотография Blomst с сайта Pixabay

Представьте себе: зима, мороз, и ваш электромобиль отказывается ехать так же далеко, как летом. Почему? Новое исследование Корнелльского университета в сотрудничестве с Tompkins Consolidated Area Transit (TCAT) проливает свет на эту проблему. Оказывается, электрические автобусы, как и электромобили, потребляют значительно больше энергии в холодную погоду, особенно в регионах с холмистой местностью и суровыми зимами, таких как Итака.

TCAT запустила пилотную программу с семью электрическими автобусами (BEB) в 2021 году, получив федеральный грант. В течение двух лет эти автобусы курсировали по 41 маршруту в округе Томпкинс. Но зимой выяснилось, что запас хода и общая производительность автобусов заметно снижаются. Чтобы разобраться в причинах, ученые проанализировали реальные данные и разработали модели "Оптимальной температурной зоны" (OTZ). Эти модели показывают, сколько энергии автобус тратил бы при идеальной температуре от 16°C до 30°C.

Холод – не друг электромобиля: как низкие температуры влияют на расход энергии

Выяснилось, что при температуре от −4°C до 0°C автобусы потребляли примерно на 48% больше энергии, чем показывали прогнозы OTZ. Это включает энергию, необходимую для движения, и энергию, полученную при торможении. Даже при более "мягком" диапазоне от −12°C до 10°C энергопотребление увеличивалось на 28,6%.

Половина этой дополнительной энергии уходила на обогрев аккумуляторов. Дело в том, что оптимальная температура для работы таких аккумуляторов – около 24°C. Поэтому в холодную погоду им требуется дополнительная энергия для предварительного прогрева, прежде чем автобус сможет начать движение. Еще один фактор – система отопления салона, особенно актуальная на городских маршрутах, где двери часто открываются, выпуская тепло и впуская холодный воздух.

"В электромобиле аккумулятор – единственный источник энергии, – объясняет Макс Чжан, ведущий автор исследования и профессор Корнелльского университета. – Все зависит от него".

Рекуперативное торможение: не все так гладко

Исследование показало, что рекуперативное торможение – система, которая позволяет немного подзаряжать аккумулятор во время замедления – тоже работает менее эффективно в холодных условиях. Причина в том, что аккумуляторы этих автобусов огромные, примерно в восемь раз больше, чем у обычных электромобилей, и сложно поддерживать равномерную температуру во всех ячейках.

Что делать? Предлагаемые решения

Чтобы улучшить работу электробусов зимой, исследователи предложили несколько решений, которые можно реализовать в ближайшее время:

• Парковать автобусы в помещении, чтобы они оставались теплыми.
• Заряжать аккумуляторы, пока они еще теплые.
• Сократить время, в течение которого двери остаются открытыми на остановках.

В более широком смысле городам необходимо пересмотреть свою транспортную инфраструктуру:

• Оценить количество зарядных станций.
• Обеспечить возможность хранения автобусов в отапливаемых гаражах.
• Скорректировать маршруты и расписания.

"Необходимо оптимизировать расписание всех автобусов и учитывать возможности инфраструктуры: сколько у вас зарядных станций и есть ли собственный гараж", – отмечает Цзиньтао Гу, ведущий автор и аспирант.

Исследователи обнаружили, что на сельских маршрутах с меньшим количеством остановок автобусы потребляют меньше дополнительной энергии в холодную погоду, чем на городских. Это поможет транспортным компаниям понять, какие маршруты лучше подходят для электробусов в зимнее время.

"Один из главных выводов – эти автобусы должны быть разработаны с учетом климата всей страны, включая регионы с холодной зимой, – говорит Чжан. – Но любые уроки – это хорошо. Они помогают нам учиться и становиться лучше".

Источник: Cornell University, ScienceDirect

Эта статья была сгенерирована с небольшой помощью ИИ и отредактирована редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях освещения новостей. Добросовестное использование - это использование, разрешенное законом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать авторские права.

Мнение редакции MSReview: Это исследование показывает, что при переходе на электрический транспорт в регионах с холодным климатом нужно учитывать множество нюансов. Просто установить батарею большего размера – не значит решить проблему энергоэффективности в холодных условиях. Необходимы комплексные решения, включающие технические доработки и изменения в инфраструктуре.