Problémy elektromobilů v zimě. Jak si vedou Tesly?

Za jednu ze slabších stránek Tesly a elektromobilů obecně je dlouhodobě považována vyšší spotřeba energie v zimním období a tím pádem nižší dojezd oproti letním měsícům. V dnešním článku se podíváme na to, jak si ve studených podmínkách stojí elektromobily Tesly, jaké mají výhody či nevýhody a jaký dopad mají nižší teploty na dojezd. Také podrobněji prozkoumáme, jaká vylepšení Tesla provádí, aby dosáhla vyšší efektivity v zimních měsících.

Prvně je ale potřeba pochopit, kde pramení problém elektromobilů v zimě a jak se tento problém liší od vozů se spalovacím pohonem. Valná většina elektromobilů, včetně Tesly, používá lithium-iontové akumulátory, které mají specifický rozsah teplot, ve kterých dokáží efektivně fungovat. Tyto hodnoty se u jednotlivých firem liší, obecně se ale výrobci shodnou na tom, že by jejich baterie měly operovat v rozsahu 0 až 45 °C při nabíjení a -20 až 60 °C při vybíjení. Výzkumy vědců a akademických pracovníků ovšem uvádějí mnohem konzervativnější hodnoty, hovoří se o optimálním rozsahu mezi 15 až 35 °C. V případě nižších teplot dochází ke zpomalování chemických reakcí, kvůli čemuž baterie začne dodávat menší výkon než při optimálních teplotách. Nízké teploty také mohou vést k nenávratnému poškození baterie v podobě ztráty kapacity, čemuž se obvykle snaží zabránit kontrolní systémy. Ty tak ve snaze baterii ochránit část její kapacity neumožní využívat, což vede ke snížení dojezdu.

Systémy v elektromobilech se také snaží baterii zahřívat a dostat ji do optimální provozní teploty. Velkou výhodou je v tomto ohledu tepelné čerpadlo, které Tesla momentálně využívá v Modelech 3 a Y. To ve chladném podnebí využívá „odpadní“ teplo například z baterií nebo motorů, jehož rozvod zajišťuje v elektromobilech Tesly takzvaný „Octovalve“ – jednotný systém ohřívání a chlazení všech částí vozu. Starší Modely S a X používají méně efektivní, ale na výrobu jednodušší, odporové topení. Pokud ani tepelné čerpadlo nestačí k ohřátí baterií na optimální, pak musí do hry nastoupit klasický ohřívač. Ten samozřejmě spotřebovává energii, čímž dochází k dalšímu snížení maximálního možného dojezdu. Výhoda elektromobilů v podobě vyšší účinnosti motoru se tady naopak stává v porovnání s vozy na konvenční pohon nevýhodou. Automobily jezdící na diesel a benzin totiž produkují mnohem více odpadního tepla, které může být následně využito k vyhřívání kabiny. Další rozdíl dělají zimní pneumatiky – ty kvůli hrubšímu vzorku zvyšují spotřebu.

Pojďme se ale teď podívat, jak si v chladných podmínkách stojí Tesla Model 3. Prvně se zaměřme na starší verzi bez tepelného čerpadla a dalších vylepšení týkajících se efektivity provozu. K tomu nám pomůže test YouTubera Redskull, který svůj Model 3 Performance podrobil zkoušce dojezdu při teplotě pohybující se kolem -7 °C. Auto nijak nepředehříval a měl ho před testem v noci postavené na ulici, během dne pak najezdil něco málo přes 96 km (převážně po městě a po okreskách) a měl zapnuté topení na 20 °C. Spotřeba jeho Tesly po ukončení testu činila 207 Wh/km, což podle Redskullových výpočtů znamená pokles dojezdu o 35 % vůči běžným hodnotám.

Test spotřeby s nově vyrobeným Modelem 3 ve variantě Long Range nedávno udělal známý YouTuber Bjørn Nyland, který tento zapůjčený vůz testoval při venkovní teplotě 2 °C, tedy o něco vyšší, než jakou měl Redskull. Nyland měl topení ve voze zapnuté na 20 °C a udělal celkem dva testy – jeden dálnici při průměrné rychlosti 120 km/h, druhý pomalejší s průměrnou rychlostí 90 km/h. Během první zkoušky najel přes 60 km a dosáhl průměrné spotřeby 208 Wh/km. Spotřeba při průměrné rychlosti 90 km/h poté byla výrazně nižší, a to pouze 149 Wh/km. Redskull ve svém videu bohužel neuvedl, jakou průměrnou rychlostí jel, vzhledem ke stylu trasy ale nepočítám, že by byla vyšší než 90 km/h. Porovnání spotřeb nelze brát úplně přesně, jelikož na ně mají vliv například druh vozovky, um řidiče či plynulost jízdy. Přesto ale jde o poměrně názornou ukázku toho, jak dokáže tepelné čerpadlo spolu s dalšími technologickými vylepšeními navýšit dojezd Modelu 3.

Další zajímavé video pochází opět od Nylanda. Ten tentokrát vedle sebe postavil Teslu Model 3 z roku 2019 a nový Model 3 s tepelným čerpadlem a systémem Octovalve. Při venkovní teplotě pohybující se těsně nad nulou nechal v obou vozech běžet topení a postupně přepínal na různé uživatelské módy. Ve výsledku mu vyšlo, že při 200 km dlouhé jízdě ušetří nový Model 3 až 3 kWh energie v baterii. Tato hodnota každopádně může být trochu nadnesená, jelikož Model 3 s tepelným čerpadlem zároveň má podle spekulací mít přibližně o 5 % vyšší kapacitu baterie, než tomu bylo u staré verze. Tesla tyto spekulace nepotvrdila ani nevyvrátila.

V úvodu článku jsme si uvedli optimální provozní teploty pro nabíjení a vybíjení lithium-iontových akumulátorů, ze kterých vyplývá, že baterie jsou při nabíjení na nízkou teplotu ještě citlivější než při vybíjení. V praxi se problém s nízkou teplotou baterie projevuje zpomalováním času nabíjení, v extrémních případech třeba i jeho zastavením. Takový případ nastal v Kanadě při teplotě -30 °C, kdy Model 3 po připojení k Superchargeru neukazoval na palubním počítači, že by byl nabíjen. Problém se poté opakoval i u dalších stanic, nešlo tedy o chybu na straně Superchargeru. Důvod této nepříjemnosti je poměrně jednoduchý – Tesly při nabíjení neukazují, kolik energie je využito pro zahřátí baterie/vytápění vozu. V tomto případě tak s největší pravděpodobností byla veškerá energie využita na zahřátí baterie do provozního tepla a udržení požadované teploty uvnitř vozu a nabíjení by začalo až po nějaké chvíli. Teploty kolem -30 °C jsou i v zemi jako je Kanada spíše výjimečné, nejstudenější měsíce se obvykle pohybují mezi -5 až -15 °C.

Všechny Tesly sice momentálně sami dokáží předehřát baterie před dojetím k Superchargeru (pokud je zastávka k nabíjení nastavena v navigaci), tento proces ale nebude mít takový efekt při extrémně studených podmínkách, v případě nízké kapacity baterie se pak ani nezapne, aby neohrozil dojezd vozu. Problémům se studenou baterií jde zabránit několika způsoby, mezi něž mimo jiné patří předehřátí baterie a kabiny v garáži před odpojením od nabíječky a vyjetím. Další možností zahřátí baterie je agresivnější jízda, která ale zároveň ubírá více dojezdu, nehledě na to, že může být v zimě nebezpečná. Další funkcionalitou, která v zimě ztrácí efektivitu, je rekuperační systém. Při nižších teplotách tak může být potřeba více využívat klasické brždění.

Samotnou Teslu na začátku produkce Modelu 3 trápila spousta problémů souvisejících se zpracováním a následnou kvalitou vozu. Mezi ně patřilo mimo jiné zamrzání klik, oken či nabíjecího portu, což jsou všechno velmi závažné problémy. I zde z části pomáhá vyhřátí vozu, například pomocí nezávislého topení, předem, nemusí ale problém vždy vyřešit. Zamrzání klik je z velké části způsobeno jejich odlišným designem oproti většině ostatních automobilů, občas je tak potřeba použít hrubší sílu a trochu do kliky praštit, aby led odpadl. Další potenciální možnost zamrznutí je u bezrámových oken, která obecně trpí tímto problémem napříč automobilovým průmyslem. Řešením je kromě předehřátí vozu také použití nějakého přípravku přímo určeného na zabránění usazení námrazy. Posledním kritickou částí vozu, která by mohla zamrznout, je nabíjecí port. Tesla kvůli tomu do něj u Modelů 3 a Y přidala vyhřívání a funkci pomocí softwarového updatu zprovoznila letos na podzim. Není úplně jasné, jak staré Modely 3 toto vyhřívání budou mít, spekuluje se, že je Tesla začala přidávat někdy v době začátku produkce Modelu Y, tedy začátkem letošního roku. Vlastní vyhřívání mají mimochodem již dlouhou dobu též kamery určené pro autonomní řízení, díky čemuž Tesla během sněžení „neoslepne“.

Ještě se podívejme na porovnání Tesel s ostatními elektromobily. K tomu nám poslouží test provedený na jaře letošního roku Norskou automobilovou federací, která si v lednu vypůjčila od dealerů 20 nejprodávanějších elektromobilů. Teslu v tomto testu reprezentovaly Model X a Model 3 (ještě stará verze bez tepelného čerpadla), z větších konkurentů stojí za zmínku například Jaguar I-Pace, Audi e-tron či Nissan Leaf. Při testu nebylo použito předehřívání vozu a všechny elektromobily absolvovaly stejnou trasu ve stejný den při stejném nastavení klimatizace. Naměřený dojezd porovnaný s WLTP hodnotami si můžete prohlédnout na obrázcích níže. V průměru byl u naměřen pokles dojezdu o 18,5 %.

David Vávra: Na závěr bych připojil vlastní subjektivní zkušenost z používání Tesly Model 3 2020 Long Range v české zimě. Nejvíc si všimnete snížené rekuperace, rychle se zvyká na řízení jedním pedálem a je zvláštní opět používat brzdu. Dá se tomu předejít předehřátím vozu: ohřívá to jak interiér, tak baterii. Předehřátí jde udělat z mobilní aplikace, jenom je potřeba si na to vzpomenout tak 30 minut před odjezdem. Snížení dojezdu pozoruji okolo 20 %, zimy jsou v poslední letech dost mírné. Myslím si, že větší vliv na spotřebu mají zimní gumy než teplota. Ale Tesla má tak velkou baterku, že o 20 % menší dojezd mě nijak neomezuje. Klika mi zamrzla jednou, ale stačilo na ni zatlačit trochu větší silou. Jinak se snažím víc auto parkovat v garáži než v létě. Kvůli baterce a také kvůli venkovnímu znečištění. Pokud někdo bydlí na horách, kde jsou běžné velké mrazy, bylo by dobré parkovat v garáži každý den a pro jistotu přes noc mít zapojenou nabíječku. Ale v Praze to není potřeba.

[starbox id=21,12]