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

Osissa 1. - 6. käsiteltiin tehontarpeita. Näiden osatekijoiden summana syntyy kokonaistehontarve josta muodostuu auton energiankulutus.

7. Täyssähköauton energiankulutus, osatekijöidensä summa. 

Lyhyesti:
- suurella nopeudella ilmanvastus hallitsee
- renkailla on yllättävän suuri merkitys
- matalalla nopeudella kiinteät kulutukset, kuten lämmitys, korostuvat
- akun sisäiset häviöt kasvavat kylmässä ja suurilla tehoilla
- auton energiankulutus, osatekijoidensä summa

Tähän esin alkuun periaatekuva jossa on kulutuksen osatekijät eri nopeuksilla sekä niiden summana kokonaiskulutus.

Kuva kertoo miten kulutuksen eri osatekijät suhtautuvat toisiinsa eri nopeuksilla. Kuvassa ei ole enää eri osatekijoiden tehontarve vaan niiden energiankulutus kWh/100km, sekä niiden summa. 

Käytännön ajo luonnollisesti eroaa tuolaisesta keinotekoisesta teoreettisesta "laboratorio ajosta". Tuossa kuitenkin näkee selvästi kuinka hallitseva renkaiden osuus on taajamanopeuksilla. Ilmanvastus on alhaisen ilmanvastuksen autolla. 

Toinen mikä näkyy on pienenkin jatkuvan tehon vaikutus hyvin alhaisilla nopeuksilla. Auton taustajärjestelmällä on oma tehontarpeensa ja myös voimalinja sisältää dynaamisen häviötehon lisäksi jatkuvan peruskulutuksen. Vihreä käyrä on näiden osatekijöiden summa.

Osissa 1. - 6. käsiteltiin tehontarpeita. Niiden summana syntyy kokonaistehontarve josta muodostuu auton energiankulutus.

Teho itsessään ei ole energiankulutus.

Kun halutaan laskea energiamäärä, tarvitaan aika. SI-järjestelmässä energian yksikkö on Joule jonka tunnus on J.
1 J  vastaa sitä energiamäärää kun 1 W teho vaikuttaa 1 sekunnin ajan eli 1 J = 1 Ws.

Sähköautojen käyttäjät harvemmin puhuu siitä montako Joulea auto kulutti esim 100 km matkalla.

On melko vakiintunut käytäntö puhua sähköauton energiamäärästä kilowattitunteina jo pelkästään siksikin että sähkö hinnoitellaan kWh perusteisesti.

1 kWh (1000 Wh) on se energiamäärä joka muodostuu kun 1000 W (1 kW) tehoa virtaa 3600 sekunnin (1h) ajan.

Tavanomaisesti puhutaan kulutuksesta käyttäen kWh/100km. Voidaan käyttää myös Wh/km tai jopa km/kWh.

Mikäli kuluva teho on koko 100 km matkan ajan 15 kW ja tuohon matkaan käytetään aikaa tasan tunti silloin auton kulutus on 15 kWh/100km

Mikäli tuo sama teho kuluisi koko ajan mutta matkaan käytettään 2h aikaa. Kulutus olisi 30 kWh/100km

Siinä oli jo riittävästi syitä miksi aiemmin on puhuttu eri osatekijöiden tehontarpeesta.

Seuraavaksi otetaan osien 1. - 6. tehoihin mukaan matka ja aika, saadaan energiankulutus. 

Sivuilla esitetty energiankulutuksen 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.

Lukujen tarkoitus ei ole määrittää oikeaa kulutusta millekään yksittäiselle automallille, vaan näyttää, miten eri tekijät muuttavat kokonaisuutta.

Samat fysikaaliset periaatteet koskevat kaikkia täyssähköautoja. Toisessa autossa on erilainen massa, ilmanvastus, renkaiden vierintävastus, voimalinjan hyötysuhde, akun koko ja lämmitysjärjestelmä.

Fysiikan perusteet ovat kaikille samat vaikka mielikuvia luovat markkinointiosastot joskus haluavat hämärtää sitä.

Täyssähköauton koko energiankulutus

Mitä kulutusta mitataan, mistä kulutuksesta puhutaan.
Sähköauton kulutuslukema voi tarkoittaa eri asioita.

1) Auton mittariston kWh/100 km
Auton kuljettajalle laskema kulutuslukema.
Se ei välttämättä sisällä kaikkia energiavirtoja samalla tavalla kuin akun
BMS:n energiatase.

2) Ajoakun navoista mitattu sähköenergia
HV-akusta ulos otettu sähköteho, josta vähennetään akkuun palautunut energia.
Tämä vastaa paremmin akun sähköistä DC-puolen energiataseita.

3) Akun kemiallisesta varastosta poistunut energia
Tätä ei saada suoraan auton näytöstä eikä OBD-lukemista.
Osa energiasta muuttuu akun sisällä lämmöksi sisäisen resistanssin vuoksi.

4) Latauslaitteen ilmottamaan energiamäärään perustuva kulutuksen laskenta.
Tämä sisältää myös lataushäviöt ennen akun napoja sekä myös
akun sisäisiin häviöihin kuluneen energian.
Näin saadaan kuitenkin juuri se auton kokonaiskulutus josta maksetaan.

On hyvä olla tarkkana sen suhteen mistä kulutuksesta milloinkin puhutaan.
Esimerkiksi WLTP kulutus sisältää myös lataushäviöt.

Käytännössä  ajo on sekalaista kiihdyttelyä, jarruttelua, ylämäkiä, alamäkiä  sekä vaihtelevaa tuulta.

Ulkolämpötila sekä akun lämpötila vaihtelee paljon ja se vaikuttaa kulutukseen.  Matkustamon lämmityksen sekä jäähdytyksen tarve vaihtelee.

Tienpinta voi olla kuiva, kostea, vetinen, lumisohjoinen tai luminen. Tie voi olla betonia, hienoa tai karkeaa asfalttia tai eri kuntoisia sorateitä.

Eri kuljettajien ajotyylit vaihtelevat hyvin rauhalliseta ennakoivasta hyvin lyhytnäköiseen ja äkkiväärään polkemiseen.

Mikään ei ole tasaista vaan oikeastaan kaikki muuttuu koko ajan. Näiden käytännön ajossa jatkuvasti muuttuvien seikkojen mallintamista en edes yritä.

Jatkan tarkastelua energiankulutuksenkin osalta edelleen yksinkertaistetuin esimerkein jotka kuitenkin - toivottavasti - auttavat hahmottamaan asian pääpiirteitä.

Koska ilmanvastuksella on niin suuri osuus tehontarpeesta varsinkin maantienopeuksilla haluan tässäkin muistuttaa siitä joka usein unohtuu.

Tuuli.
Tuuli vaikuttaa energiankulutukseen riippuen sen sekä auton nopeudesta.

Kevyt 5 m/s vastatuuli vaikuttaa valtavasti enemmän 120 km/h nopeudessa kuin 60 km/h nopeudessa.

60 km/h nopeudessa se lisäisi   1.78 kW  tehontarpeen ja  2.97 kWh/100km lisätarpeen tyynen verrattuna.

120 km/h nopeudessa  se lisäisi 6.19 kW  tehontarpeen ja 5,16 kWh/100km lisätarpeen tyyneen verrattuna.

Mikäli ajat edelliset vastaavasti myötätuuleen kulutus ei vähenny vastaavilla luvuilla!

Jos ajat samalla nopeudella saman matkan myötätuuleen ja vastatuuleen kuluu energiaa ilmanvastukseen enemmän kuin tyynellä ilmalla!

Miltä näyttäisi energiankulutus kWh/100km. Se määrää käytettävissä olevan ajomatkan kun tiedetään paljonko akussa on energiaa siihen.

Taulukossa 8. nähdään kuinka olennaisesti lämmitys vaikuttaa energiankulutukseen eri nopeuksilla. 
(Huomaa että taulukon teho1 luvuissa ei ole laskettu mukaan akun sisäistä häviötehoa. Taulukon teho on ajoakun navoista otettavasta sähkötehosta. Akun häviöistä, katso taulukot 6. ja 7.)

Taulukkoa 8. havainnollistaa alla oleva kuva 7.1. Sinä on mukana ajovastukset nopeuden suhteen laskettuna energiankulutukseksi  kWh/100km.  Alin käyrä ilman A/C  ja lämmitys tehoja (Climate 0 kW)  ja sitten kuvassa mainituilla Climate tehoilla.

Kuva 7.1.  Pienillä nopeuksilla "Climate" tehot lisäävät kWh/100km energian kulutusta jyrkästi, päätyen tietenkin 0 km/h nopeudella äärettömäksi.
"Climate" teho sisältää lämmityksen, jäähdytyksen sekä huurteenpoiston (ADS)

Kaupunkien, kuten Helsinki tai Tampere, keskustojen alueilla keskinopeus voi käytännössä olla esimerkiksi 10 - 30 km/h. Keliolosuhteista, ruuhka-ajoista sekä katutöistä riippuen.

On hyvä huomata että useissa autoissa mittariston ilmoittama toteutuneen kulutuksen mittayksikkö on kWh/100km

Se voi olla myös  Wh/km.  100 Wh/km vastaa 10 kWh/100km

Jossain autossa saattaa lisäksi olla hetkellisen kulutuksen näyttö jossa kWh/h  joka on suorastaan hiukan...  hmm.
Ehkäpä se on jotain saksalaista insinöörioppilashuumoria.
Mielestäni oikeampi ilmaisutapa olisi kW koska juuri sitä se näyttää eikä mitään muuta.

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