Cerca de 26 milhas, só pelas últimas 10 mph. Essa é a diferença entre um sedã elétrico em cruzeiro a 70 e o mesmo carro a 80, medida em centenas de milhares de viagens reais e não em um ciclo de laboratório. A física por trás disso é simples e implacável, mas a conclusão que a maioria das pessoas tira dela está errada: num carro elétrico, andar rápido não é principalmente um problema de dinheiro. É um problema de tempo.
Os números medidos
A Geotab publicou números de autonomia por velocidade de cruzeiro extraídos da telemetria de sua frota: 350.000 viagens de 500 sedãs elétricos e 2,8 milhões de viagens de 2.000 vans elétricas, mais de 550.000 horas de direção no total. Os dois tipos de veículo têm bateria de 65 kWh, e os valores abaixo foram obtidos a 86°F (cerca de 30 °C).
| Velocidade constante | Sedã elétrico | Van elétrica |
|---|---|---|
| 50 mph | 277 milhas | 143 milhas |
| 60 mph | 251 milhas | 121 milhas |
| 70 mph | 226 milhas | 103 milhas |
| 80 mph | 200 milhas | 88 milhas |
| Perda, de 50 a 80 | 28 por cento | 39 por cento |
A coluna da van é a mais interessante. Mesma bateria, mesma estrada, e ela perde onze pontos percentuais a mais de autonomia no mesmo intervalo de velocidade. Nada no conjunto de tração explica isso. A forma explica: uma carroceria mais alta e menos afilada tem maior área frontal e um coeficiente de arrasto pior, então a aerodinâmica responde por uma fatia maior da carga total e a lei do quadrado morde com mais força.
Por que a lei do quadrado, e por que ela não é a história toda
A resistência aerodinâmica cresce com o quadrado da velocidade. Como potência é força multiplicada por velocidade, a potência necessária para vencer o arrasto cresce com o cubo. A autonomia depende da energia por milha e não da potência, e a energia por milha segue o quadrado.
Aplique esse modelo de forma ingênua de 70 para 80 mph e ele prevê uma queda grande. A energia por milha deveria subir na razão dos quadrados, cerca de 1,31, então 226 milhas de autonomia deveriam cair para aproximadamente 173.
O valor medido é 200. O modelo erra para cima em quase 30 milhas, e a razão vale ser entendida: o arrasto é só uma parte da carga. A resistência ao rolamento é praticamente constante por milha, independentemente da velocidade. Resfriamento da cabine, faróis e eletrônica consomem energia num ritmo próprio. Esses componentes diluem a lei do quadrado.
A consequência é que a aerodinâmica não representa uma fatia fixa do seu orçamento de energia. A 50 mph ela é uma parcela modesta do total; a 80 mph ela domina cada milha por hora adicional. É por isso que a curva de autonomia fica mais íngreme conforme você acelera, em vez de cair em linha reta, e por que as últimas 10 mph sempre custam mais que as 10 anteriores.
Velocidade ganha da temperatura, e não é nem perto
O frio leva a culpa pela autonomia dos elétricos e, no inverno, merece boa parte dela. Em velocidade de estrada no calor, não merece.
A mesma análise concluiu que a velocidade de condução pode ser o maior fator isolado de perda de autonomia, e que em velocidades mais altas sob calor a resistência aerodinâmica tem um efeito muito maior sobre a autonomia do que o resfriamento da cabine. Quanto mais rápido você anda, menos significativa a temperatura se torna em relação à energia necessária apenas para manter aquela velocidade.
A assimetria é estrutural. O ar-condicionado é quase um consumo fixo: gasta praticamente a mesma potência a 50 mph e a 80, então, como fração da sua energia por milha, ele na verdade encolhe quando você acelera. O arrasto faz o contrário. Desligar o ar-condicionado para poupar autonomia numa rodovia quente é otimizar o termo errado.
A inversão que o motorista de carro a gasolina traz consigo
Quem dirige carro a combustão há anos carrega uma regra de bolso: o consumo na estrada é melhor que o consumo na cidade. Está impresso em toda etiqueta de vidro. Num carro elétrico essa regra se inverte, e a inversão pega as pessoas de surpresa na primeira viagem longa.
| Carro a combustão | Carro elétrico | |
|---|---|---|
| Parado no trânsito | Queimando combustível em marcha lenta | Consumindo quase nada |
| Frenagem | Energia cinética perdida como calor | Boa parte dela recuperada |
| Constante a 80 mph | Mesma penalidade de arrasto | Mesma penalidade de arrasto |
| Onde ele parece melhor | Estrada | Cidade |
A aerodinâmica é idêntica entre os dois. O que muda é a base contra a qual eles são comparados. Um carro a gasolina põe a régua tão baixa na cidade que a rodovia o favorece. Um carro elétrico está perto do seu melhor teórico na cidade, então é na rodovia que ele não tem onde se esconder.
É também por isso que um número combinado da EPA engana numa viagem longa. Ele mistura um ciclo de cidade e um ciclo de estrada, e uma viagem longa e rápida não é nem um nem outro. A mesma armadilha pega a estimativa do painel, que normalmente é montada a partir da sua direção recente: uma semana de deslocamentos urbanos produz um número confiante e otimista que a primeira hora de rodovia demole em silêncio.
Onde o custo realmente cai: no tempo, não no bolso
Já trabalhamos a versão a gasolina dessa pergunta em vale a pena dirigir a 80 em vez de 70, onde a resposta saiu como um número fixo de dólares por hora de tempo recuperado. A eletricidade é barata o bastante para que a mesma conta num elétrico dê um número pequeno. A conta de verdade chega em outro lugar.
Pegue uma viagem de 220 milhas no sedã acima, começando com carga cheia.
- A 70 mph: a autonomia é de 226 milhas, então a viagem não precisa de parada de recarga. O tempo de direção é de cerca de 3 h 09 m.
- A 80 mph: a autonomia cai para 200 milhas, então a viagem passa a precisar de uma parada. O tempo de direção cai para 2 h 45 m, mas uma parada realista de recarga rápida de 25 minutos, incluindo sair e voltar para a estrada, coloca a chegada em cerca de 3 h 10 m.
O trajeto mais rápido economizou 24 minutos de direção e gastou 25 minutos recarregando. Ele chega um minuto depois, tendo usado mais energia e mais atenção para chegar lá.
Os números dependem das premissas, e elas precisam ser explicitadas: partida com carga cheia, disposição para chegar com bateria baixa e um carregador bem posicionado. Mude a distância e a resposta muda junto. Mas o formato se mantém. Autonomia e velocidade se compensam numa curva, e o tempo de recarga é uma função em degraus. Sempre que uma velocidade maior te empurra para além da borda de um degrau, a aritmética se volta contra você, e nenhuma velocidade extra recupera isso.
Há um efeito de segunda ordem que piora a situação. A recarga desacelera bastante conforme a bateria enche, então a parte final de um reabastecimento é a mais lenta. Uma parada de que você não precisava não é só uma parada a mais; ela é desproporcionalmente cara em minutos.
O que fazer com isso
A jogada útil não é andar arrastando. É saber onde estão os degraus na sua rota específica, e isso significa conhecer seu próprio consumo de energia por milha em cruzeiro constante em vez de um número de etiqueta combinado.
Obtê-lo é simples. Mantenha uma velocidade num trecho plano, registre a distância percorrida e a energia usada no mesmo intervalo, e divida. Repetir isso em duas velocidades revela a inclinação da sua própria curva, que é o número que realmente prevê uma viagem longa.
Para o lado da distância nessa medição, um hodômetro de viagem por GPS é o instrumento honesto. O hodômetro do carro conta rotações da roda contra uma circunferência de pneu armazenada e normalmente lê de 1 a 3 por cento a mais, como explicamos em seu hodômetro é preciso, e uma distância inflada favorece silenciosamente o seu número de eficiência. O hodômetro GPS registra a distância de forma independente do carro, e o velocímetro ao vivo mostra a velocidade real em relação ao solo que você está mantendo, que na maioria dos painéis fica uma ou duas milhas por hora abaixo do que o ponteiro alega.
A conclusão
Um sedã elétrico abre mão de 28 por cento da sua autonomia entre 50 e 80 mph e uma van abre mão de 39, porque o arrasto escala com o quadrado da velocidade e a forma da carroceria decide quanto da carga isso representa. A perda medida é mais suave do que um modelo puramente aerodinâmico prevê, já que resistência ao rolamento e acessórios não seguem o quadrado, mas a curva fica mais íngreme quanto mais rápido você anda e as 10 mph finais são sempre as mais caras.
No calor e em velocidade de rodovia, a velocidade domina a temperatura, então o ar-condicionado não é o que deve ser desligado. E porque um carro elétrico está no seu melhor na cidade e não na estrada aberta, o instinto herdado dos carros a gasolina aponta na direção errada. Mais importante ainda, a penalidade normalmente é paga em minutos num carregador e não em dólares numa bomba, o que significa que a forma mais rápida de cobrir uma distância longa muitas vezes não é a velocidade mais alta.