Elektryk kontra zima – dlaczego mróz jest wyzwaniem dla EV?

Zima stawia przed pojazdami elektrycznymi nowe wyzwania, które znacznie różnią się od tych, z jakimi borykają się kierowcy aut spalinowych. Tam, gdzie w silniku spalinowym największym problemem jest rozruch czy gęstniejący od mrozu olej, w elektryku cała uwaga skupia się na jego sercu – baterii.

O ile spada zasięg elektryka w zimie i czy mrozy niszczą baterię samochodu? Przeanalizujemy najbardziej palące, “zimowe” problemy kierowców EV i zerkniemy na najbardziej powszechne mity o elektryku zimą.

 

Kluczowy problem: Zmniejszenie zasięgu. Ile tak naprawdę tracimy zimą?

Najczęstszą obawą kierowców EV (ale także najbardziej odczuwalną) jest realna utrata zasięgu elektryka na jednym ładowaniu. Zjawisko to jest powszechnym faktem i wynika z dwóch głównych przyczyn – samej chemicznej natury akumulatorów oraz zwiększonego zapotrzebowania na energię zimą.

Jak niska temperatura wpływa na baterie litowo-jonowe?

Baterie litowo-jonowe absolutnie zdominowały rynek EV. Na horyzoncie raczkuje także technologia solid-state, czyli baterie ze stałym elektrolitem, które mają szansę zniwelować przynajmniej część problemów “zimowych” elektryków. Baterie te, szczególnie z polimerowym elektrolitem są jednak póki co w fazie badawczej, a ich obecnym, najpoważniejszym problemem jest konieczność podgrzewania do wysokich temperatur (60-80 stopni Celsjusza), aby mogły poprawnie działać – a tym samym, żeby możliwe było uruchomienie pojazdu np. po mroźnej nocy. Z tego względu skupimy się na wpływie niskich temperatur na najpowszechniejsze baterie – litowo-jonowe.

Sercem każdego samochodu elektrycznego jest bateria, czyli urządzenie elektrochemiczne. Jej działanie polega na ruchu jonów litu między anodą i katodą poprzez ciekły elektrolit. Niska temperatura znacząco spowalnia ten proces.

Gdy temperatura na zewnątrz spada poniżej zera, ciekły elektrolit w baterii gęstnieje, co zwiększa jego lepkość i podnosi opór wewnętrzny akumulatora. W konsekwencji bateria nie jest w stanie tak efektywnie oddawać zmagazynowanej energii, jak przy temperaturach na plusie. Spowolnienie reakcji chemicznej oznacza, że dostępna moc – zarówno do napędu auta, jak i przyjmowania energii podczas ładowania – jest ograniczona.

Ważny jest także system zarządzania baterią, znany jako BMS. Aby chronić ogniwa baterii przed uszkodzeniem (w ekstremalnie niskich temperaturach przy ładowaniu może wystąpić zjawisko tzw. platerowania litu, które trwale uszkadza baterię), BMS aktywnie ogranicza dostępną moc. Kierowca odczuje to nie tylko w kwestii zmniejszenia zasięgu, ale także słabszego przyspieszenia i mocno ograniczonej rekuperacji.

Fakty i liczby: O ile procent spada zasięg elektryka w mrozie?

To kluczowe pytanie dla kierowców EV, na które… nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Wszystko zależy od modelu pojazdu, warunków atmosferycznych, stylu jazdy i tego, czy auto jest wyposażone w pompę ciepła.

Istotnych informacji na temat zasięgu elektryka zimą przynoszą Testy Norweskiej Federacji Samochodowej (NAF). W słynnych testach “El Prix”, jednych z najbardziej rzetelnych pomiarów, w 2024 roku (przeprowadzanych w temperaturach -2 do -10 stopni Celsjusza) średni spadek zasięgu względem deklarowanego przez producenta WLTP wyniósł około 21%. Warto jednak zaznaczyć, że rozstrzał był naprawdę spory – od zaledwie 10% spadku do nawet 30-35% w niektórych modelach.

Testy ADAC również dostarczają ważnych informacji na temat zasięgu elektryków, ponieważ są one przeprowadzane w bardziej kontrolowanych warunkach. Testy przeprowadzane przy -7 stopniach Celsjusza pokazały, że niektóre modele mogą wymagać niemal podwójnego zużycia energii na krótkich, miejskich dystansach – czyli wtedy, gdy auto nie zdąży się “rozgrzać”. Na dłuższych trasach straty te były zdecydowanie mniejsze – ADAC podkreśla, że średni spadek zasięgu elektryka w zimie to zazwyczaj 20-40%, w zależności od modelu.

Potwierdzenie tych obserwacji znajdziemy także w badaniach amerykańskiej firmy Recurrent Auto. Zgodnie z ich raportami, średni spadek zasięgu przy temperaturach w okolicy zera wynosi około 15-20%. Jednak przy mrozach rzędu -7 stopni Celsjusza, spadek ten sięga już 30-35%.

Istotnym elementem, który ma wpływ na zasięg elektryka zimą jest pompa ciepła. Modele w nią wyposażone, takie jak Kia EV6 czy Hyundai Ioniq 5 lub 6, notują w testach NAF i ADAC mniejsze spadki zasięgu (15-20%) niż auta polegające na grzałkach oporowych (30-40%).

Spadek zasięgu. Czy to trwała utrata pojemności?

Spadek zasięgu zimą nie oznacza trwałej utraty pojemności baterii. Jest to zjawisko w pełni okresowe i odwracalne – bateria nie traci swojej pojemności fabrycznej w stopniu większym, niż wynika to z jej normalnej degradacji. Z powodu spowolnionych procesów chemicznych, system BMS nie pozwala na wykorzystanie pełnego potencjału baterii w obawie o bezpieczeństwo ogniw. Gdy tylko temperatura wzrośnie lub bateria zostanie aktywnie podgrzana podczas jazdy lub ładowania, jej parametry wracają do normy – również średni zasięg.

Większe zużycie energii. Pożeracze prądu w elektryku zimą

Spowolnione reakcje chemiczne to jedno – drugim, niemniej ważnym czynnikiem jest zdecydowanie wyższe zapotrzebowanie samochodu na energię elektryczną, gdy na zewnątrz panuje mróz. Przecież nikt nie lubi marznąć w kabinie, prawda?

Ogrzewanie kabiny pasażerskiej a bateria – czy pompa ciepła rozwiązuje problem?

W samochodzie spalinowym możemy spotkać się z ogrzewaniem kabiny przy pomocy ciepła odpadowego z silnika. W elektryku całe ciepło musi zostać wytworzone przy użyciu energii z baterii trakcyjnej. I tu pojawia się główny winowajca, jeśli chodzi o zużycie energii elektryka na ogrzewanie kabiny przy mrozie. Jak to rozwiązać?

• Tradycyjne grzałki oporowe (PTC) – działają podobnie jak domowa “farelka” czy suszarka do włosów. Są proste i szybko dają ciepło, ale mają bardzo duży pobór mocy, często ok. 4-6 kW. Jeśli używane są stale, drastycznie zmniejszają zasięg elektryka.
• Pompa ciepła – znacznie bardziej zaawansowane rozwiązanie. Zamiast wyłącznie wytwarzać ciepło, pompa przenosi ciepło z zewnątrz do wewnątrz. Nawet w zimnym powietrzu o temperaturze -10 stopni Celsjusza znajduje się energia cieplna, którą pompa może zebrać i wtłoczyć do kabiny.

Podczas, gdy grzałka oporowa ma sprawność bliską 1:1 (1 kW prądu = 1 kW ciepła), pompa ciepła może osiągnąć sprawność 1:3 lub nawet 1:4. Oznacza to, że zużywając 1 kW energii z baterii, dostarcza tym samym do kabiny 3-4 kW ciepła. Oczywiście, pompa ciepła nie rozwiązuje problemu całkowicie a jej sprawność spada w temperaturach w okolicach -20 stopni Celsjusza, ale znacząco go redukuje. Z tego względu, jeśli zależy nam na maksymalnym zasięgu nawet przy mrozach czy w chłodnym klimacie, warto zdecydować się na elektryka wyposażonego w pompę ciepła.

Termiczne zarządzanie baterią (TM) – ukryty pobór mocy

Podczas gdy kierowca świadomie włącza ogrzewanie kabiny, istnieje drugi, ukryty “pożeracz prądu” – system aktywnego zarządzania temperaturą baterii (BTM). Bateria litowo-jonowa nie tylko nie lubi pracować w zimie, ale musi zostać ogrzana do optymalnej temperatury (około 15-25 stopni Celsjusza), aby mogła działać wydajnie i umożliwiała bezpieczne ładowanie.

Gdy samochód “jest zimny” (np. po całej nocy na mrozie), system BTM uruchamia specjalne układy grzewcze, aby podnieść temperaturę ogniw. Pobierana jest energia bezpośrednio z baterii, co dodatkowo obniża dostępny zasięg, zanim jeszcze ruszymy z parkingu.

Wpływ oporów toczenia i gęstości powietrza

Na sam koniec dochodzi nam także czysta fizyka. Istotnym czynnikiem jest gęstość powietrza – zimne powietrze jest znacznie gęstsze niż ciepłe. Oznacza to większy opór aerodynamiczny, który samochód musi pokonać – zużywając tym samym więcej energii (zwłaszcza przy autostradowych prędkościach).

Wpływ na większe zużycie energii zimą w elektrykach mają także opony zimowe, które z definicji mają bardziej miękką mieszankę i agresywny bieżnik, aby zapewnić lepszą przyczepność. Powoduje to wyższe opory toczenia niż w przypadku opon letnich, a sama jazda po śniegu czy błocie pośniegowym wymaga zużycia znacznie więcej energii niż w przypadku jazdy po suchym asfalcie.

Ładowanie elektryka zimą – co się zmienia?

“Zimowe problemy” kierowców EV nie kończą się na zasięgu – ładowanie samochodu elektrycznego zimą również rządzi się swoimi prawami.

Wydłużony czas ładowania w niskich temperaturach

Wspomniany system BMS chroni baterię zimą. Przyjmowanie dużej mocy, np. 150-250 kW przy szybkiej ładowarce DC lub ultraszybkiej HPC przez zamarznięte ogniwa może je nieodwracalnie uszkodzić. Dlatego po podłączeniu auta do ładowarki, proces ten nie rozpocznie się od razu z pełną mocą. Samochód najpierw przeznaczy znaczną część energii z ładowarki (lub nawet całą na początku ładowania) na podgrzanie własnej baterii. Dopiero, gdy ogniwa osiągną bezpieczną temperaturę w okolicach 10-15 stopni Celsjusza, BMS pozwoli na zwiększenie mocy ładowania.

Co to oznacza w praktyce? Ładowanie od 10 do 80%, która latem zajmuje 25 minut, zimą może wydłużyć się nawet do 45 czy 60 minut.

Hamowanie rekuperacyjne – dlaczego jest ograniczone na mrozie?

Kierowcy EV przyzwyczajeni są do “jazdy jednym pedałem”, w której zdjęcie nogi z pedału przyspieszenia powoduje silne hamowanie i odzyskiwanie energii (rekuperację). Zimą zjawisko to jest mocno ograniczone, a niekiedy nawet niedostępne.

Powód jest dokładnie taki sam – rekuperacja to nic innego jak “ładowanie” baterii energią pozyskaną z hamowania. Jeśli bateria jest zbyt zimna, by przyjąć energię, BMS wyłącza lub ogranicza rekuperację. Kierowca musi o tym pamiętać i znacznie częściej używać klasycznego hamulca, co równocześnie zmniejsza efektywność jazdy.

Jak przygotować baterię do szybkiego ładowania (Preconditioning)?

Producenci samochodów EV znaleźli rozwiązanie problemu wolnego ładowania zimą. Jest nim wstępne przygotowanie baterii, czyli Preconditioning.

Większość nowoczesnych aut EV, takich marek jak Tesla, Hyundai, Kia czy Mercedes posiada funkcję, która po wyznaczeniu trasy do ładowarki DC w nawigacji, automatycznie uruchamia podgrzewanie baterii podczas dojazdu do stacji. Samochód wykorzystuje energię z jazdy, aby podgrzać baterię do optymalnej i bezpiecznej temperatury tuż przed podłączeniem do ładowarki. Dzięki temu, mimo mrozu, po podpięciu wtyczki samochód jest w stanie od razu przyjąć maksymalną moc ładowania, co niemal niweluje problem wydłużonego czasu ładowania elektryka zimą.

Praktyczne porady. Jak zmaksymalizować zasięg i efektywność elektryka w zimie?

Zachowanie elektryka zimą nie musi przekreślić decyzji o zakupie. Kierowca ma znaczny wpływ na to, aby zminimalizować negatywny wpływ mrozów na swój samochód. Mamy dla was kilka porad, jak zwiększyć zasięg elektryka zimą.

Garażowanie i podgrzewanie auta przed jazdą (Pre-heating) – klucz do oszczędności

Trzymanie auta w garażu, nawet tym nieogrzewanym sprawia, że bateria nigdy nie wychłodzi się do ekstremalnie niskich temperatur otoczenia. Choć my możemy odczuwać zimno w podobny sposób, w praktyce różnica między -15 stopni Celsjusza na zewnątrz a +1 stopni Celsjusza w garażu jest kolosalna dla wydajności baterii.

Dobrym rozwiązaniem jest także wstępne podgrzewanie baterii, czyli Pre-heating. Przed wyruszeniem w trasę, około 15-30 minut wcześniej warto za pomocą aplikacji mobilnej lub harmonogramu w aucie zdalnie uruchomić ogrzewanie. Samochód może pobierać energię bezpośrednio z głównej baterii trakcyjnej (co też wpłynie na zmniejszenie zasięgu) lub możliwe jest uruchomienie opcji Pre-heatingu w momencie, gdy samochód jest jeszcze podłączony do ładowarki (np. do zwykłego gniazdka domowego). Funkcja ta pozwala ogrzać kabinę i samą baterię do temperatury roboczej. Poza ciepłem wewnątrz auta, zyskujemy także pełną moc i możliwość rekuperacji oraz standardowy zasięg pojazdu lub pełne przygotowanie auta do ładowania.

Używanie ogrzewania miejscowego zamiast kabiny

Ogrzanie całej objętości powietrza w kabinie wymaga bardzo dużo energii. Znacznie efektywniejsze jest ogrzanie samych pasażerów. Dlatego zamiast ustawiać temperaturę w kabinie na 23 stopnie, lepiej ustawić ją na 18-19 stopni Celsjusza i aktywować podgrzewane fotele i podgrzewaną kierownicę. Systemy te zużywają o wiele mniej energii (ok. 50-100 W na miejsce) niż dmuchawy ogrzewania kabiny (3000-6000 W).

Właściwy styl jazdy i rekuperacja na zimowej nawierzchni

Zimą jeszcze ważniejsza staje się eko-jazda. Unikanie gwałtownych przyspieszeń, zachowanie pełnej uważności i przewidywanie sytuacji na drodze, a także płynne wytracanie prędkości to podstawa do maksymalizacji efektywności elektryka zimą. Istotne jest także odpowiednie ciśnienie w oponach – mróz powoduje jego spadek o około 0,1 bara na każde 10 stopni spadku. Zbyt niskie ciśnienie drastycznie zwiększa opory toczenia, co jak już wspominaliśmy, znacząco wpływa na zwiększenie zużycia energii. Z tego względu należy regularnie kontrolować ciśnienie i utrzymywać je na poziomie zalecanym przez producenta, a przy znacznych mrozach – jeszcze częściej.

Zimą należy zachować szczególną ostrożność w przypadku rekuperacji. Na śliskiej nawierzchni maksymalna rekuperacja (szczególnie w przypadku RWD) może działać jak gwałtowne hamowanie silnikiem, prowadząc do utraty przyczepności. W takich warunkach zdecydowanie bezpieczniej jest zmniejszyć poziom rekuperacji i polegać na hamulcu zasadniczym, wspieranym przez systemy ABS i ESP.

Wybór odpowiednich opon zimowych

Odpowiednie opony zimowe to istotna kwestia nie tylko dla bezpieczeństwa wszystkich uczestników ruchu drogowego, ale i również dla zasięgu auta. Warto szukać modeli dedykowanych do samochodów elektrycznych, które są projektowane w taki sposób, aby łączyć dobrą przyczepność na śniegu z możliwie niskimi oporami toczenia.

Mity vs. Rzeczywistość. Czy elektryk umrze na mrozie?

Wokół zimowej eksploatacji pojazdów EV narosło wiele szkodliwych mitów, które w dużej mierze wynikają z braku zrozumienia technologii.

Awaryjność na mrozie – elektryk kontra spalinowy

Mit: Elektryk na mrozie jest bardziej awaryjny niż auto spalinowe.

W rzeczywistości jest dokładnie odwrotnie. Samochód spalinowy ma mnóstwo punktów krytycznych zimą: rozrusznik, słaby akumulator 12 V, gęstniejący olej, zamarzająca woda w paliwie czy problemy z układem zapłonowym. Problemy z odpaleniem auta spalinowego na mrozie to powszechna klasyka, często negowana i ukrywana przez krytyków EV.

Samochód elektryczny aktywuje swoje systemy zawsze, o ile sprawny jest akumulator 12 V, który bywa przyczyną “uziemienia” elektryka tak samo, jak w spalinówkach. Samochody elektryczne nie mają problemów z rozruchem, olejami czy układem wydechowym. Jego największym problemem jest zmniejszony zasięg, a nie sama zdolność do jazdy.

Co się dzieje, gdy utkniesz w śnieżycy – ile czasu wytrzyma bateria?

Mit: Postój z włączonym ogrzewaniem drastycznie skróci zasięg i rozładuje baterię, co w konsekwencji skończy się utknięciem w korku podczas mroźnego dnia.

W rzeczywistości zużycie energii na postoju jest znacznie niższe, niż się powszechnie sądzi. Kluczową różnicą jest energia potrzebna do pierwszego nagrzania wychłodzonej kabiny (4-6 kW) a energia potrzebna do podtrzymania temperatury w już ciepłym wnętrzu – to zadanie jest zdecydowanie mniej energochłonne.

Potwierdzają to także testy przeprowadzane m.in. w Norwegii czy Kanadzie, które wykazują, że samochód elektryczny (np. Tesla Model 3, VW ID.4) zużywa na postoju przy mrozie rzędu -10 stopni Celsjusza około 1,5-2,5 kWh na godzinę, aby utrzymać 20 stopni Celsjusza w kabinie. Oznacza to, że auto z baterią 60 kWh i połową naładowania (30 kWh) może podtrzymywać ogrzewanie przez 12 do 20 godzin, co znacznie przekracza jakikolwiek korek drogowy czy postój w najbardziej odludnym miejscu. Nawet przy bardzo niskim stanie baterii, np. 10% pojemności (6 kWh), kierowca ma wciąż 3-4 godziny bezpiecznego postoju w ciepłym pojeździe.

Podsumowanie: Elektromobilność zimą – pod kontrolą kierowcy

Samochód elektryczny a mróz to realne wyzwanie, ale w żadnym wypadku nie jest to przeszkoda, która sprawia, że należy zrezygnować z wyboru zielonego transportu. Współczesne EV są w pełni przystosowane do pracy w niskich temperaturach, o czym najlepiej świadczy fakt, że światowym liderem elektromobilności jest mroźna Norwegia.

Kluczem do sukcesu jest świadomość i zmiana nawyków. Kierowca musi zrozumieć, że wpływ niskich temperatur na baterię elektryka jest faktem chemicznym. Technologia, taka jak wydajne pompy ciepła i przygotowanie baterii do ładowania w ogromnym stopniu niweluje te problemy. Reszta leży w rękach kierowcy – świadome planowanie, regularne ładowanie i korzystanie z podgrzewania wstępnego sprawiają, że elektryk zimą jest niezawodnym, komfortowym i wciąż tanim w eksploatacji wyborem.