Sähköauton (BEV) energiankulutuksen teoriaa ja käytäntöä..

 1. - ilmanvastus
 2. - vierintävastus
 3. - voimalinjan häviöt
 4. - auton taustakulutus
 5. - matkustamon ilmastointi
 6. - akun sisäiset häviöt
 7. - energian kokonaiskulutus

1. Ilmanvastuksen tehontarve eri nopeuksilla.

Miksi ilmanvastus on tärkeä? 
Ilmanvastus maantienopeuksilla on yleensä suurin yksittäinen kuluttaja normaalissa ajossa.
Ilmanvastus kasvaa nopeasti nopeuden mukana.
Pieni nopeuden lisäys tai vastatuuli maantienopeuksissa voi kasvattaa kulutusta paljon enemmän kuin moni odottaa.

Kuvassa ilmanvastus on laskettu ilman lämpötilalla +10°C sekä  CdA arvoilla 0.533 (esimerkkiauto)  sekä 0.75 tavanomainen laatikkoauto (SUV)

Verintävastus on laskettu renkailla joiden Crr 0.005, 0,00588 (ePrimacy) A: 0,0065 A,  B:0,0077,  C: 0,009, E: 0,011  Auton paino 1670 kg. 

Esitetty laskenta on yksinkertaistettu malli, jonka tarkoitus on havainnollistaa suuruusluokkia ja vaikutussuuntia.

Sivuilla käytetään Hyundai Ioniq Electric 28 kWh -mallia laskentaesimerkkinä.  Fysiikan perusteet ovat kaikille samat.

Fysiikan perusteet ovat kaikille samat vaikka mielikuvia luovat markkinointiosastot joskus haluavat hämärtää sitä. Esimerkiksi mainostamalla Cd arvoa mikäli se näyttää hyvältä mutta kertomatta CdA joka on se olennainen asia kulutuksen kannalta ilmanvastuksen osalta.

Esimerkkiauton CdA on ~0,533.  SUV tyyppisissä matalan CdA malleissa noin 0,55 - 0,65. Tavanomaisisa CdA on noin 0,75. Isoissa muskelilaatikoissa jopa reilustikin yli 0.85.

Tässä tarkastellaan ilmanvastuksen osuutta kulutuksesta tasaisella nopeudella ja tyynellä ilmalla.

Käytännössä kannataa huomata että aina ei ole tyyntä, itseasassa aika harvoin on.

On hyvä havahtua myös siihen, että 5 m/s vastatuuli vaikuttaa aivan eri tavalla 50 km/h ja 100 km/h ajonopeudessa.

Ajetaan 50 km/h ja siihen lisätään 5 m/s vastatuuli, tehontarve kasvaa noin 1,3 kW.
Ajetaan 100 km/h ja lisätään sama 5 m/s vastatuuli, tehontarve kasvaa noin 4,42 kW.

Mikäli ajat edelliset vastaavasti myötätuuleen kulutus ei vähenny vastaavilla luvuilla!

 

Ajatellaan edelleen pelkkää ilmanvastusta.

Ajetaan 100 km edestakainen matka tyynessä kesäsäässä nopeudella 100 km/h. Yhteensä siis 200 km.

0 m/s tuuli:
Ilmanvastukseen kuluu noin 13,75 kWh

Ajetaan sama matka uudelleen, mutta nyt menomatkalla on tasainen myötätuuli ja paluumatkalla täsmälleen yhtä suuri vastatuuli.

5 m/s myötä- ja vastatuuli:
Ilmanvastukseen kuluu noin 15,1 kWh

10 m/s myötä- ja vastatuuli:
Ilmanvastukseen kuluu noin 19,1 kWh

Tällaiset asiat unohtuvat helposti, kun tehdään erilaisia kulutustestejä ja vertailuja.

Joskus näkee testejä, joissa tuulen vaikutusta yritetään "kompensoida" ajamalla sama tieosuus edestakaisin kuvitellen myötä- ja vastatuulen kumoavan toisensa.

Niin ei käy, ilmanvastus ei käyttäydy lineaarisesti.

Entä luminen auto?
Yksinkertaisesti: se pilaa aerodynamiikan. Sulavalinjaisesta autosta tulee helposti kuin kivireki.


Taulukko 1. Ilmanvastuksen tehontarve eri nopeuksilla
            ja eri lämpötiloissa

Ilman tiheys ρ kg/m^3 eri lämpötiloissa normaali ilmanpaineessa.
+20°C ρ = 1.204
+10°C ρ = 1.247
  0°C ρ = 1.293
-10°C ρ = 1.341
-20°C ρ = 1.395

 Cd= 0.24 Ilmanvastuskerroin
 A = 2.22 m^2 otsapinta-ala
 v = nopeus m/s
 P = teho kW
 P = ρ·v^3·Cd·A/2/1000

Cd sekä A ovat automallikohtaisia. Niissä on suurta vaihtelua.

Nopeus Ilman lämpötila
1a m/s 20°C 10°C 0°C -10°C -20°C
km/h m/s kW kW kW kW kW
25 6.94 0.11 0.11 0.12 0.12 0.12
50 13.89 0.86 0.89 0.92 0.96 1.00
80 22.22 3.52 3.65 3.78 3.92 4.08
100 27.78 6.87 7.12 7.38 7.66 7.97
120 33.33 11.88 12.30 12.76 13.23 13.76

Näytä koko taulukko 1.
1a m/s 20°C 10°C 0°C -10°C -20°C
km/h m/s kW kW kW kW kW
20 5.56 0.05 0.06 0.06 0.06 0.06
25 6.94 0.11 0.11 0.12 0.12 0.12
30 8.33 0.19 0.19 0.20 0.21 0.22
35 9.72 0.29 0.31 0.32 0.33 0.34
40 11.11 0.44 0.46 0.47 0.49 0.51
45 12.50 0.63 0.65 0.67 0.70 0.73
50 13.89 0.86 0.89 0.92 0.96 1.00
55 15.28 1.14 1.18 1.23 1.27 1.33
60 16.67 1.48 1.54 1.59 1.65 1.72
65 18.06 1.89 1.96 2.03 2.10 2.19
70 19.44 2.36 2.44 2.53 2.63 2.73
75 20.83 2.90 3.00 3.11 3.23 3.36
80 22.22 3.52 3.65 3.78 3.92 4.08
85 23.61 4.22 4.37 4.53 4.70 4.89
90 25.00 5.01 5.19 5.38 5.58 5.81
95 26.39 5.89 6.10 6.33 6.56 6.83
100 27.78 6.87 7.12 7.38 7.66 7.97
105 29.17 7.96 8.24 8.55 8.86 9.22
110 30.56 9.15 9.48 9.83 10.19 10.60
115 31.94 10.46 10.83 11.23 11.65 12.11
120 33.33 11.88 12.30 12.76 13.23 13.76
125 34.72 13.43 13.91 14.42 14.95 15.56
130 36.11 15.10 15.64 16.22 16.82 17.50

Kuten taulukosta ilmenee, ilman lämpötilalla on myös vaikutusta. Esimerkiksi 100 km/h nopeudella +20 ja -20 asteessa ero on 1,1 kW  mutta 80 km/h nopeudella enää noin puolet.

Kun vertailee erilaisia autoja on parasta ilmanvastuksen osalta katsoa kokonaisvastusta Cd ja A tuloa eli CdA lukua. Se ratkaisee, ei pelkkä Cd jota usein mainoksissa käytetään.

Esimerkki ilmanvastuksen osuudesta kulutuksessa 100km kohden.
Nopeudella 50 km/h  -20°C ilmassa tehontarve siihen on 1 kW.
100/50·1=2  joten sen osuus kulutuksessa olisi  2 kWh/100km
Nopeudella 80 km/h tehontarve on 4,08 kW
100/80·4,08=5,1 joten sen osuus kulutuksessa olisi  5,1 kWh/100km

Taulukossa ei ole laskettuna vastaavaa kWh/100 km kulutusta jotta taulukot pysyy helpommin luettavina.

Ilmanvastuksesta lisää.  (Syventävää materiaalia. Physics)

Sähköautojen energiankulutuksesta. 
 1. - ilmanvastus
 2. - vierintävastus
 3. - voimalinjan häviöt
 4. - auton taustakulutus
 5. - matkustamon ilmastointi
 6. - akun sisäiset häviöt
 7. - energian kokonaiskulutus


Sivun alkuun

Sähköautojen energiankulutus osan etusivu.

Etusivulle


 

näillä sivustolla ei käytetä evästeitä.   these sites do not use cookies