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

5. Matkustamon ilmastoinnnin tehontarve

Sähköauton ilmastoinnilla tarkoitetaan tässä matkustamon olosuhteiden hallintaa kokonaisuutena.

Siihen kuuluvat lämmitys, jäähdytys, ilmanvaihto ja huurteenpoisto.

Miksi tämä on tärkeä?

- Lämmitys tai jäähdytys tarvitsee jatkuvaa tehoa johon ajonopeus ei paljoa vaikuta, mutta sen aiheuttama kWh/100 km riippuu nopeudesta.

- Mitä hitaammin auto liikkuu, sitä kauemmin lämmitys ehtii kuluttaa 100 km matkalla.

- Erityisesti talvella lämmityksen vaatima teho voi olla suurta johon kuitenkin voi myös itse vaikuttaa varsin paljonkin.

 

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

Sähköautossa lämpö saadaan akkuun varastoidusta energiasta.

Hukkalämpöä sähköautossa syntyy lämmityksen käytettäväksi varsin vähän suhteessa lämmitystehon tarpeeseen.

Savupiippuatossa on toisin. Savumoottorin hukkalämpöä on tarjolla useinmiten niin paljon  että se riittää lämmityksen tarpeisiin ajon aikana.

Suhteutetaanpa hiukan.
Kilossa yleistä E95 10  bensaa on melko tarkasti 11,5 kWh lämpöenergiaa ja litrassa noin 8,57 kWh.
Jos sähköauton täydessä "tankissa" on esim 60 kWh kemiallista energiaa se vastaisi noin 7 litraa bensiiniä lämpöarvoltaan.

Savupiippuautoilijaa ei juuri vähempää voi kiinnostaa paljonko auton lämpimänä pitoon kuluu bensiiniä. Ajaessa aina syntyvä hukkalämpö useinmiten riittää, olkoot sitten -30 tai nollakeli useinmiten vaikka ajaisi hitaastikin.

Tosin joissain diesel autoissa saatetaan tarvita pieni polttoainetoiminen lisälämmitin koska moottorin hukkalämpö ei kovilla pakkasilla tahdo riittää esim kaupunkiajossa. Litrassa dieseliä on lähes 10 kWh lämpöenergiaa joten se Ardic tai Webasto ei paljoa kuluta.

Sähköautossa asia on täysin toinen. 1 kWh lämpöenergiaan tarvitaan sieltä akusta 1 kWh sähköä ja kemiallista energiaa hiukan enemmän koska häviötäkin on.

Jos on ankara pakkanen ja tarvittaisiin 6kW lämmitystehoa nopeudesta riippumatta niin 25 km/h kaupunkikeskinopeudella kuluu 24 kWh/100km pelkkään lämmitykseen.
Tuolla 100km matkalla koko täydestä "tankista" olisi kulutettu 40% pelkkään lämmitykeen. Savupiippuautossa lämmitys itsessään ei lisäisi kulutusta käytännössä ollenkaan.

Myös siksi tämä on tärkeä! 

Turha valittaa siitä talvi "rangesta" jos "polkee" sähköautoa samoin kuin savupiippuatoa kovalla pakkasella.

Sähköauton fysiologia on erilainen!

Miksi sitä ei opeteta vaan luodaan vain mielikuvia "paina nappia ja aja" ---- "auto hoitaa loput".

Se ei markkinointiosastojen suunnittelemissa autoissa ole useinmiten muualla hyvin jahienosti kuin mainoksissa. 

Tosiasia on se, että pilotin pitää omalla viisaudellaan hoitaa asiaa jos mielii ajaa  energiataloudellisesti - älyllä saa enemmän  -  viisaudella vielä enemmän.

Tosin taitavallakin käytöllä sähköauto kuluttaa pakkasilla reilusti enemmän kuin 22 asteisella kesän tyynellä pilvipoudalla kuivalla asfaltilla.

Kuva 5.1 Esimerkki pelkän jatkuvan tehon, esimerkiksi pelkän lämmityksen, osuudesta energiankulutukseen kWh/100 km.

Kuvassa nähdään kuinka dramaattisesti se nostaa kulutusta pienillä nopeuksilla.

Kun on kiinteää energiankulutusta alkaa se näkyä varsin dramaattisesti kWh/100km kulutuksessa kun mennään alhaisiin ajonopeuksiin.
Alhaisilla nopeuksilla lmanvastus, vierintävastus ja voimalinjahäviö alkaa olla varsin vähäistä ja lämmityksen osuus kasvattaa kWh/100km energiankulutusta jyrkästi kun mennään kohti nollanopeutta jossa siitä tietenkin tulee ääretön.

Talvella lämmityksen vaatima teho voi olla huomattavan suurta. Kesällä auton viilennyksen vaatima maksimi teho on huomattavasti alempi kuin talvella lämmityksen vaatima teho kovilla pakkasilla.

Kesähelteellä ulkoilma voi Suomessakin joskus nousta 30°C ja ylikin. Sen lisäksi auringon suora säteily ikkunoista sisään sekä auton pintoihin lämmittää.

Pohjoismaisissa oloissa sähköautoissa erinomaisen tärkeä varuste on ilmalämpöpumppu ILP joka kykenee pumppaamaan lämpöenergiaa kahteen suuntaan, eli jäähdyttämään ja lämmittämään matkustamoa. Nykyisin se on yleensä vakiovaruste. Sensijaan käytettynä muualta tuodusta se saattaa puuttua ja on vain viilennys A/C.  Se on syytä huomata.

Edellisen lisäksi, ainakin esimerkkinä käytetyssä autossa, on automaattinen huurteenpoisto, ADS.  Vaikka A/C ja Heat on kytketty OFF, ADS voi kuitenkin käyttää sekä PTC että ILP huurteenpoistoon kun se tunnistaa huurtumistilanteen kosteus- ja muiden tietojen pohjalta.  Esimerkkiauton ILP on ns kolmetoiminen josssa on myös ilman kuivaus moodi (ei käyttäjän aseteltavissa vaan ADS järjestelmä päättää kuinka kulloinkin optimoidaan). ADS toiminto on priorisoitu turvallisuuden vuoksi ja se toimii taustalla automaattisesti tilanteen niin vaatiessa.

 


Tähän väliin:

Tärkeä varoitus   katso tästä
sähköauton ILP (tai A/C imastoinnin) huoltoon liittyen.

Esimerkkiautossa ILP  kompressorin ottama maksimi sähköteho on noin 1,5 kW.
Kompressorin suoraan ajoakusta ottama sähköteho säätyy jäähdytys- tai lämmitystehon tarpeen mukaan.

ILP lisäksi autossa on PTC lämmitin joiden molempien tehoa automatiikka säätää.

Järjestelmän automatiikka pyrkii optimoimaan ILP ja PTC välistä käyttösuhdetta olosuhteiden ja tarpeen mukaan.

Viileillä  ja kylmillä ilmoilla myös lämmitysteho on suurempi. Kuitenkin kovilla pakkasilla hyötysuhde (COP) laskee kohti 1 ja lopulta se tuotaa lämpötehoa vain sen mikä on sen sähköteho. Lisää lämpötehoa saadaan PTC lämmittimellä.

Nämä on suuntaa antavia arvioita
joita valmistaja ei ole ilmoittanut:
Kesällä jäähdytyksessä COP arvio 3 - 4

Syksyllä- talvella lämmitettäessä ilmasta pumppaamalla
+5...+10   COP arvio  3 - 4
0 ... -7 asteessa COP arvio  2.5 - 2
-10 asteessa COP arvio 1.5 - 1.2
-15 asteen alapuolella  COP lähestyy 1.
Kun ajomoottori-invertteri tuottaa reilusti lämpöä nopeassa matka-ajossa voi ILP hyödyntää myös sitä lämmitykseen

ILP lisäksi autossa on luonnollisesti myös PTC lämmitin joka tässä autossa lämmittää ulkoa sisään tulevaa ilmaa suoraan. (ei ole nestekierrossa)
PTC lämmityskennon maksimi teho on noin 5 kW.

Tavella ulkolämpötila voi olla esimerkiksi melko kylmä -20°C   ja joskus reilusti kylmempikin ankarilla pakkasilla.

Ulkoa ilmaa voi helposti tulla esimerkiksi 200 - 300 kg (!)  tunnissa eikä ilmamäärää voi kovin pieneksi rajoittaa koska ikkunat huurtuvat helposti.

Esimerkki: 300 kg -20°C  ilmamassan lämmittäminen +30°C lämpötilaan kuluttaa noin 4,2 kWh.  Tuossa ulkolämpötilassa saattaa olla tarve lämmittää ilma jopa tuotakin lämpimämmäksi koska auton sisällä on paljon kylmää pintaa. Tunti penkinlämmitintä saattaa kuluttaa esimerkiksi noin 0,05 kWh.

Esimerkkiautossa on automaattinen ilmastointijärjestelmä. Kun se on täysautomaatti asennossa se säätelee matkustamon ilmanvaihtoa ja lämpötilaa sekä mahdollisesti tarvittavaa huurteenpoistoa automaattisesti.
Sillä on käytettävissä siihen lämpötila-antureita sekä ilmankosteusmittari joiden avulla automatiikka säätelee ilmalämpöpumpun, PTC lämmityskennon, sekä ilmanvaihtopuhaltimen käyttöä sekä myös tarvittaessa ilman suuntausta. Huurteenpoisto on turvallisuus syistä priorisoitu ja sitä hoitaa ADS järjestelmä yhdistämällä ILP ja PTC käyttöä optimaalisesti.

Esimerkkiautossa on myös ilmastoidut etupenkit ja niiden ilmastoinnit voi kytkeä käyttöön omilla keskikonsolin painikkeillaan manuaalisesti (penkin lämmittimien napin vieressä) kun helteellä on ilmastointijärjestelmässä viilennys (A/C) käytössä.

Ilmalämpöpumpun (ILP) ottoteho on maksimissaan noin 1,5 kW.
Matkustamon PTC lämmityskenno on suoraan ilmavirrassa. Sen teho on maksimissaan noin 5 kW. (se toimii suoraan ajoakusta korkeajännitteellä)
Kun tulee äkillinen lämmitystehon tarve PTC antaa lämpöä heti.  ILP lämmöntuoton käynnistyminen tapahtuu huomattavasti hitaammin.
Kun tarvitaan viilennystä, sen hoitaa ILP joka tuolloin kytkeytyy viilennysmoodiin ( A/C)
Esimerkkiauton ILP osaa myös ilman kuivauksen. Siinä on siis 3 eri toimintamoodia joita automatiikka hoitelee tarpeen mukaan.
Kompresori on tietenkin myös invertteriohjattu jolla saadaan jatkuva "portaaton" tehonsäätö.

Esimerkkiautossa ilmastoinnin automatiikan voi ohittaa osittain tai kokonaan.
Mikäli omat automatiikan ohitukset, käsisäädöt, ovat ristiriidassa huurteenpoiston automatiikan (ADS) kanssa se ohittaa tarvittaessa aktivoituessaan käsisäädöt koska huurteenpoisto on priorisoitu turvallisuus syistä. ADS huolehtii huurteenpoistosta käyttäen tarpeen mukaisella tavalla ILP sekä PTC yhdistelmää.

Kun talvella on erityisen kylmä ja tarvitaan maksimaalista lämmitystehoa toimivat ILP sekä PTC yhdessä jolloin niiden tehontarve on suuruuluokkaa max ~6,5 kW.

~30 - 100 W tehoisella penkinlämmittimellä voi alentaa huomattavasti sisäilman lämmitystehon tarvetta.
Talvella kannattaa ehdottomasti hyödyntää penkinlämmittimiä ja ratin lämmitintä. Se teho tulee suoraan kehoon ja sen avulla voi huomattavasti alentaa tarvetta lämmittää auton vaihtuvaa ulkoa tulevaa ilmamassaa. Ihmistä kannattaa lämmittää, se sen lämmön tuntee, ei auton pelti.
  Myös suorempi ihmisen kehon lämmitys kehittyy ja tulee kehittymään lähitulevassa huomattavan paljon alentamaan sähkön kulutusta ja parantamaan mukavuutta.

Esimerkkiauton penkinlämmitin on III teholla noin 80W joka on siis maksimi. Tehoasetuksia on kolme.
Silläkin yksinkertaisella toimilla saa kylmillä ilmoilla paljon.  Sen käytössä ei todellakaan kannata säästellä silloin kun sen avulla voi edes hivenen säätää kaabiinin ilman lämmitystä pienemmälle. Sillä säästää rangea reippaasti ja myös energiakuluja erityisesti jos katsoo pikalaturien energiahintoja joilla on periaate - ota matkaajalta  niin paljon kuin saat koska hänen on kuitenkin "pakko" ostaa. 

On mahdotonta kertoa erilaisissa ilmastointiin liittyvissä tilanteissa eri olosuhteissa tarvittavat tehot. Lisäksi se olisi aivan liian autokohtaista joten katson selkeämmäksi esittää vain muutamalla eri teholla taulukon esimerkiksi siitä mitä se voisi olla yhdistettynä auton liikkumisen vaatimiin tehoihin. Edellä oli taulukko 5.1 jossa oli liikkumisen  tehontarve lisättynä järjestelmän peruskulutuksella.
Lisätään siihen nyt ilmastoinnin osuus muutamalla eri teholla.

Taulukko 5.2. Tehontarve esimerkki eri nopeuksilla ja ilmastoinnin tehoilla.

TaTaulukossa on esimerkkiauton liikkumiseen tarvittava teho
Sen lisäksi muutama erilainen lämmitys/jäähdytys teho.
Esimerkissä on tasanopeus tasamalla renkaina Michelin ePrimacy.

. 0 0.5 1 1.5 3 6
  kW kW kW kW kW kW
5.2 ePri ePri ePri ePri ePri ePri
  Psum Psum Psum Psum Psum Psum
km/h kW kW kW kW kW kW
10 0.72 1.22 1.72 2.22 3.72 6.72
25 1.34 1.84 2.34 2.84 4.34 7.34
50 3.08 3.58 4.08 4.58 6.08 9.08
80 7.19 7.69 8.19 8.69 10.19 13.19
100 11.68 12.18 12.68 13.18 14.68 17.68
120 17.99 18.49 18.99 19.49 20.99 23.99

Näytä koko taulukko 5.2
. 0 0.5 1 1.5 3 6
  kW kW kW kW kW kW
5.2 ePri ePri ePri ePri ePri ePri
  Psum Psum Psum Psum Psum Psum
km/h kW kW kW kW kW kW
5 0.56 1.06 1.56 2.06 3.56 6.56
10 0.72 1.22 1.72 2.22 3.72 6.72
15 0.90 1.40 1.90 2.40 3.90 6.90
20 1.11 1.61 2.11 2.61 4.11 7.11
25 1.34 1.84 2.34 2.84 4.34 7.34
30 1.60 2.10 2.60 3.10 4.60 7.60
35 1.90 2.40 2.90 3.40 4.90 7.90
40 2.24 2.74 3.24 3.74 5.24 8.24
45 2.64 3.14 3.64 4.14 5.64 8.64
50 3.08 3.58 4.08 4.58 6.08 9.08
55 3.59 4.09 4.59 5.09 6.59 9.59
60 4.15 4.65 5.15 5.65 7.15 10.15
65 4.79 5.29 5.79 6.29 7.79 10.79
70 5.51 6.01 6.51 7.01 8.51 11.51
75 6.30 6.80 7.30 7.80 9.30 12.30
80 7.19 7.69 8.19 8.69 10.19 13.19
85 8.16 8.66 9.16 9.66 11.16 14.16
90 9.23 9.73 10.23 10.73 12.23 15.23
95 10.40 10.90 11.40 11.90 13.40 16.40
100 11.68 12.18 12.68 13.18 14.68 17.68
105 13.08 13.58 14.08 14.58 16.08 19.08
110 14.59 15.09 15.59 16.09 17.59 20.59
115 16.23 16.73 17.23 17.73 19.23 22.23
120 17.99 18.49 18.99 19.49 20.99 23.99
125 19.89 20.39 20.89 21.39 22.89 25.89
130 21.94 22.44 22.94 23.44 24.94 27.94

 

Tähän alle (kuva 5.2) pieni näyte siitä kuinka suuri vaikutus lämmitysteholla on energiankulutukseen jota käsitellään laajemmin  sivulla "sähköauton energiankulutus" .

Kulutukseen on myös mahdollisuuksista vaikuttaa huomattavastikin omilla valinnoilla vaikka autot onkin suunniteltu niin että "paina nappia ja aja" auton automatiikan huolehtiessa lukuisista asioista.

Sähköauton fysiologian ymmärtäminen voi auttaa siinä paljon.

Siihen kuuluu myös olennaisena osana matkustamon ilmastointi lämpötilaltaan ja ilmanvaihdoltaan sopivaksi.

Lisäksi muut lämpötilaan liittyvät seikat jotka vaikuttaa matkustusmukavuuteen.

Se että laittaa kaikki säädöt siihen "paina nappia ja aja" tilaan ei aina ole lainkaan optimaalista energiankäytön kannalta. Oman auton säätöihin ja asetuksiin kannattaa perehtyä mikäli haluaa ajaa taloudellisemmin. Sähköautossa ei le "ilmaista lämmitystä" savumoottorin valtavasta hukkalämmöstä jota on aina niissä varsin paljon tarjolla.

Kuva 5.2.  Kuvassa esimerkki siitä miltä kulutus näyttää kun ajokulutukseen lisätään päälle lämmitys/jäähdytys jatkuva teho.

Taulukko 5.3. 
Energiankulutus, kWh/100km, esimerkki eri lämmitys- tai ilmastoinnin tehoilla

Esimerkki siitä kuinka dramaattisesti lämmitys tai jäähdytysilmastointi
nostaa kokonaisenergiankulutusta pienillä nopeuksilla.

Tätä käsitellään laajemmin sivulla sähköauton energiankulutus.

. 0 0.5 1 1.5 3 6
  kW kW kW kW kW kW
5.3 ePri ePri ePri ePri ePri ePri
  Psum Psum Psum Psum Psum Psum
  Energian kulutus kWh/100km
km/h            
5 11.13 21.13 31.13 41.13 71.13 131.13
10 7.22 12.22 17.22 22.22 37.22 67.22
25 5.35 7.35 9.35 11.35 17.35 29.35
50 6.16 7.16 8.16 9.16 12.16 18.16
80 8.98 9.61 10.23 10.86 12.73 16.48
100 11.68 12.18 12.68 13.18 14.68 17.68
120 14.99 15.41 15.83 16.24 17.49 19.99

Näytä koko taulukko 5.3.
5.3. 0 0.5 1 1.5 3 6
  kW kW kW kW kW kW
5.2 ePri ePri ePri ePri ePri ePri
  Psum Psum Psum Psum Psum Psum
  Energian kulutus kWh/100km
km/h            
5 11.13 21.13 31.13 41.13 71.13 131.13
10 7.22 12.22 17.22 22.22 37.22 67.22
15 6.03 9.36 12.69 16.03 26.03 46.03
20 5.54 8.04 10.54 13.04 20.54 35.54
25 5.35 7.35 9.35 11.35 17.35 29.35
30 5.33 7.00 8.67 10.33 15.33 25.33
35 5.43 6.86 8.29 9.72 14.00 22.57
40 5.61 6.86 8.11 9.36 13.11 20.61
45 5.86 6.97 8.08 9.19 12.52 19.19
50 6.16 7.16 8.16 9.16 12.16 18.16
55 6.52 7.43 8.34 9.25 11.97 17.43
60 6.92 7.76 8.59 9.42 11.92 16.92
65 7.38 8.15 8.91 9.68 11.99 16.61
70 7.87 8.58 9.30 10.01 12.16 16.44
75 8.41 9.07 9.74 10.41 12.41 16.41
80 8.98 9.61 10.23 10.86 12.73 16.48
85 9.60 10.19 10.78 11.36 13.13 16.66
90 10.26 10.81 11.37 11.92 13.59 16.92
95 10.95 11.48 12.00 12.53 14.11 17.27
100 11.68 12.18 12.68 13.18 14.68 17.68
105 12.46 12.93 13.41 13.88 15.31 18.17
110 13.26 13.72 14.17 14.63 15.99 18.72
115 14.11 14.55 14.98 15.42 16.72 19.33
120 14.99 15.41 15.83 16.24 17.49 19.99
125 15.92 16.32 16.72 17.12 18.32 20.72
130 16.87 17.26 17.64 18.03 19.18 21.49

 

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


Varoitus!
Esimerkiksi Hyundai Ioniq Electric ja yleensäkin sähköautoissa  ILP  kompressori saa käyttövoimansa auton HV ajoakusta.

Vaikka kylmäaine olisi sama "perinteinen"  R134a jota käytetään myös perinteisissä polttomoottori autoissa se ei tarkoita että samat kamat vaan sisään jos täyttöä tarvitaan. Ei EI ja EI!

Itse kylmäaine ei ole se ongelma, se on sama, mutta sen seassa oleva voiteluaine on aivan eri. Sen pitää ehdottomasti olla POE tyyppinen. 

Tavallisissa savuatojen kompressoreissa voitelu on PAG tyyppinen. Sitä ei saa päästä tällaiseen korkealla jännitteellä toimivaan sähkömoottorikäyttöiseen kompressoriin yhtään. Jos joutuu, siitä tulee kallis tai vielä kalliimpi remontti.

Mikäli järjestelmä toteaa korkeajänitepuolella merkittävän eristysvastuksen alentumisen, syttyy vikavalot. Ajo on tai voi olla kokonaan estetty. Remontti on kallis tai vielä kalliimpi.

Huollot saattaa käyttää säästösyistä myös samoja laitteistoja ilmastointihuoltoon PAG ja POE tyyppien kesken. Jos on tehty huoltoja joissa PAG tyyppinen voitelu kylmäaineessa ne on huuhdeltava todella huolellisesti koska vähäinenkin kontaminaatio tuhoaa eristysvastuksen joka on iso ongelma! Mieluummin sähköautoille ihan eri laitteet.

Myöskään näistä ei kylmäaineet tyypillisesti katoa samaan tahtiin kuin jostain perinteisten autojen A/C kompressoreista joten täyttötarve tulee huomattavasti harvemmin ellei ole jokin vuoto.  Se että kylmäaineet pysyy paremmin sisällä johtuu aivan perustavaa laatua olevasta rakenteellisesta erosta. Joku korjaamo jossa tietoa ei ole tai ollaan huolettomia voi vaan katsoa että samaa R134a kamaa on kuin muissaakin joten siitä vaan.
Ajo loppui sitten justiin siihen. Sitten hinataan merkkikorjaamolle ja alkaa hankala hidas kemiallinen puhdistus tai vaihdetaan saastunut järjestelmä.

Jos on todellinen perusteltu tarve "ilmastointihuololle" tee se oikeasti asiantuntevassa sähköautoja huoltavassa paikassa. Pelkkä mainos ei tee asiantuntijaa.
Suositeltavaa on tietenkin virallinen sähköauton oma merkkihuolto jolloin myös vastuut on kunnossa jos siltikin jotain sattuisi.


Sivun alkuun

Sähköautojen energiankulutus osan etusivu.

Etusivulle



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