Gli aspetti economici e ambientali delle auto elettriche sono di complessa analisi, in quanto riguardano aspetti tecnologici, commerciali, politici e ambientali che in alcuni casi sono concatenati con altri aspetti commerciali, tecnici e di filiera.
Efficienza energetica Energeticamente le auto elettriche dimostrano un'elevata efficienza energetica, più nel dettaglio:
Efficienza delle ricariche Durante le ricariche si verificano perdite energetiche, dovute sia per la resistenza nella catena di ricarica, sia di dispersioni energetiche dovute principalmente ai raddrizzatori di corrente, necessari per il passaggio da corrente alternata (della rete elettrica) a corrente continua (della stazione di ricarica o della batteria), si è notato come questa transazione ha una dispersione che sfiora il 10%. Altri test hanno invece rilevato una perdita che arriva al 20%, quindi un rendimento dell'80%, soprattutto per le colonnine di ricarica rapida, mentre i sistemi a ricarica più lenta hanno un rendimento maggiore, altro fattore che inficia il rendimento è il livello di ricarica raggiunto, infatti ricaricare la batteria oltre l'80% porta a perdite energetiche maggiori.
L'efficienza di ricarica peggiora anche in caso di ricariche molto lente, condizione che si verifica principalmente con le ricariche domestiche in corrente alternata nelle abitazioni private, questo perché durante la ricarica non si verifica solo la dispersione per effetto Joule data dall'intensità di corrente che scorre nel cavo di ricarica, ma esistono molti servizi che devono funzionare per garantire il corretto funzionamento in sicurezza durante questa fase e che generalmente hanno un consumo costante indipendentemente dalle condizioni di ricarica, motivo per il quale i vari produttori non fanno ricaricare al di sotto di un certo amperaggio (limite che varia da produttore a produttore), questo appunto perché la dispersione di ricarica cresce in modo significativo con correnti contenute, arrivando a sfiorare anche il 40% con soli 5 A di ricarica a 220-240 V, soprattutto con determinati modelli, infatti il problema affligge in modo differente i vari veicoli, difatti altri mezzi riescono a mantenere le dispersioni entro il 20%; inoltre si evidenzia un andamento di miglioramento dell'efficienza di ricarica negli anni.
Efficienza dei motori elettrici
I motori elettrici hanno una maggiore efficienza energetica rispetto a tutti i motori a combustione interna.
Il rendimento massimo motori a combustione è limitato dal teorema di Carnot, il motore a benzina (ciclo Otto) e il motore a gasolio (ciclo Diesel) hanno un'efficienza energetica variabile tra il 25% e 45% (diesel con maggiore rendimento e rendimento crescente al crescere della potenza del motore).
Un motore elettrico a seconda della tipologia e della sua potenza ha un rendimento differente, sono in uso motori elettrici a induzione trifase in corrente alternata o motori in corrente continua del tipo brushless trifase (quest'ultimo ha sostituito i precedenti motori a spazzole), in base anche al tipo di applicazione, in quanto hanno caratteristiche meccaniche e ingombri differenti, il brushless ha un rendimento (motore e inverter) generalmente compreso tra 0,77 e 0,93 a seconda della situazione operativa, mentre l'induttivo ha un rendimento di picco tendenzialmente minore, ma più costante a tutte le condizioni operative.
Inoltre anche il dimensionamento del motore influisce sull'efficienza del mezzo, in quanto uno motore più potente può si avere un'efficienza di picco superiore, ma potrebbe essere eccessivo per l'utilizzo tipico, e di conseguenza la finestra d'utilizzo cade in una zona meno favorevole rispetto ad un motore più piccolo, che riesce a mantenere un rendimento più costante e decisamente più favorevole in condizione di velocità costante, che poi è la condizione più comune nell'uso civile.
Per migliorare l'efficienza del motore si può anche utilizzare il cambio, soprattutto quando il motore non ha una connessione diretta con le ruote o il differenziale, infatti l'interposizione di un sistema di riduzione a rapporto fisso ha un'efficienza del tutto paragonabile ad un cambio, ma senza il vantaggio di modificare il rapporto di trasmissione, per questo alcuni veicoli elettrici hanno iniziato ad adottare il cambio, anche se limitato a sole due marce e del tipo automatico, come nel caso della Porsche Taycan, l'altra è l'Audi e-tron GT, questo fatto ha spinto anche l'ingegnerizzazione di soluzioni appositamente studiata per i veicoli elettrici.
Efficienza della propulsione elettrica Per rendere equo e corretto il paragone tra i due tipi di propulsione energetica occorre però considerare l'intero ciclo di produzione e utilizzo dell'energia in gioco visto che l'energia elettrica è una fonte di energia secondaria ottenuta prevalentemente a partire da fonti fossili. Qualora l'unica fonte di produzione fosse quest'ultima, la media del rendimento di picco pari a 0,9 del motore elettrico andrebbe scalato di un fattore di circa 0,6 dovuto all'efficienza di conversione dall'energia contenuta nella fonte primaria (gli idrocarburi) in energia elettrica considerando le centrali elettriche più efficienti, ovvero quelle a ciclo combinato; si ottiene così un valore di efficienza totale nel ciclo di produzione/utilizzazione elettrico pari a circa 0,5, che va ulteriormente scalato di un fattore dovuto alle perdite di efficienza nel trasporto dell'elettricità lungo la rete elettrica di trasmissione e distribuzione e di un fattore di efficienza di accumulo dell'energia elettrica nelle batterie di ricarica. Le perdite per la trasmissione e la distribuzione negli Stati Uniti sono stimati del 6,6% nel 1997 e del 6,5% in 2007.
Questi valori sono però da considerare anche per i veicoli a combustione interna, dato che la raffinazione e il trasporto su gomma dei carburanti o combustibili incide sia per la produzione di energia elettrica che per i veicoli con motori a combustione, andando ad incidere negativamente su entrambi i mezzi, anche se tendenzialmente di più per i mezzi a combustione interna.
Per quanto riguarda la raffinazione dei carburanti quali benzina e gasolio andrebbe anche considerata l'energia spesa nella raffinazione e nel trasporto (che spesso avviene su gomma, comportando un ulteriore consumo di energia a bassa efficienza) del carburante utilizzato.
Se si considerasse il sistema globale, includendo l'efficienza energetica del processo di produzione e della distribuzione al punto di rifornimento, il calcolo risulterebbe complesso a causa della grande diversità delle fonti prime, inoltre tale conteggio andrebbe non solo a ripercuotersi per i soli veicoli con motore termico, ma anche per i veicoli elettrici, in quanto parte della corrente viene generata tramite questi carburanti.
Secondo l'Eurostat, in Italia nel 2015 il 33,46% della produzione dell'energia elettrica avveniva a partire da fonti rinnovabili. Qualora invece si considerassero gli idrocarburi come unica fonte primaria per la produzione di energia elettrica, l'efficienza complessiva della propulsione elettrica sarebbe, a seconda delle fonti, dal 15% (0,15) al 30% (0,3).
Altri fattori che influiscono sull'efficienza La resistenza aerodinamica (Cx) ha una grande importanza nel determinare l'efficienza energetica, particolarmente alle alte velocità già partendo dai 40 km/h e le vetture elettriche, necessitando di un minor raffreddamento, hanno pertanto feritoie sulla carrozzeria di minor o nullo impatto aerodinamico con l'aria.
Bisogna inoltre tenere conto del fatto che il motore elettrico è dotato di prestazioni superiori alle velocità variabili, condizione di utilizzo tipica di qualunque veicolo, e non consuma nei casi di fermo/stop; inoltre i sistemi di recupero dell'energia cinetica dissipata in frenata tipo KERS consentono di recuperare mediamente un quinto dell'energia altrimenti dissipata. Nelle stesse condizioni d'uso i veicoli a combustione perdono significativamente in efficienza nelle frequenti fasi di accelerazione e nelle soste a motore acceso.
Le vetture elettriche consumano tipicamente da 0,15 a 0,25 kWh/km. Una vettura con motore a combustione interna consuma invece più di 0,5 kWh/km.
Costi Il costo principale del possesso dei veicoli elettrici dipende principalmente dal costo delle batterie, il tipo e la capacità sono fondamentali nel determinare molti fattori come l'autonomia di viaggio, la velocità massima, il tempo di vita utile della batteria e il tempo di ricarica; esistono alcuni svantaggi e vantaggi dei vari tipi, probabilmente non esiste un tipo ideale per chiunque, ma alcuni sono più adatti per alcuni utilizzi.
Batteria Il costo delle batterie è molto variabile in base alla tecnologia usata e alle prestazioni offerte, da qualche migliaia di euro fino a superare il 50% del costo totale del veicolo, rendendo molto più oneroso l'acquisto di auto elettriche rispetto a veicoli alimentati a combustibili fossili. Il costo delle batterie è comunque destinato a scendere in modo significativo con lo sviluppo della ricerca e con la produzione in serie. D'altra parte sono minori i costi percentuali di riparazione post-collisione, dal momento che sono per buona parte riciclabili, e non essendo dotati di motore che brucia combustibile liquido e dei conseguenti apparati necessari al suo funzionamento, sono più affidabili e richiedono una manutenzione minima.
Nell'uso reale, con percorrenze medie giornaliere ridotte, i veicoli elettrici possono percorrere circa 150 000 km con un singolo set di batterie, che durano in media circa 10 anni, quindi grosso modo con le tecnologie attuali la durata di vita della batteria e quella dell'auto coincidono. A causa dell'alto costo delle batterie, la durata di vita dell'auto elettrica è in genere limitata a quella delle batterie. In Germania un utilizzatore (Hansjörg Gemmingen) di auto elettrica ha percorso 1,6 milioni di chilometri con la stessa macchina elettrica (Tesla Model S), dovendo sostituire 2 volte la batteria (terza batteria) e sostituire 7 volte i motori (arrivando all'8º motore).
Consumi operativi In base a fonti statunitensi, i veicoli elettrici hanno dei costi operativi, considerando solo il costo dell'energia, di circa 2,5 centesimi di euro per chilometro, mentre (sempre negli Stati Uniti, dove l'imposizione fiscale sulla benzina è ridotta o nulla) i veicoli tradizionali a benzina hanno costi operativi maggiori di più del doppio. In paesi come l'Italia, dove la benzina è fortemente tassata, la forbice si allarga e il costo per km dell'auto a benzina è da 3 a 4 volte superiore. Bisogna sottolineare come i costi dell'energia utilizzata per la ricarica è soggetto ad una grande forbice a seconda se si tratta di una ricarica domestica o tramite colonnine o colonnine rapide, le quali possono arrivare anche a 28,5 centesimi, circa 10 volte il costo di una ricarica domestica, oltre al fatto che possono verificarsi errori nell'attribuzione della tariffa corretta, il che rende la ricarica tramite colonnina meno conveniente rispetto al rifornimento di un veicolo termico.
Gestione liquidi Per il funzionamento di un veicolo elettrico potrebbe essere necessario gestire il liquido del motore (se del tipo a bagno d'olio e non a secco), della trasmissione se esso non è collegato direttamente alle ruote, ma anche le batteria se demanda la gestite termica tramite l'uso di liquidi.
Acquisto del mezzo Il prezzo delle auto elettriche in vendita è ancora decisamente alto, il che viene poi in parte compensato dai costi inferiori per l'alimentazione e la manutenzione.