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

2. Renkaiden vierintävastuksen tehontarve eri nopeuksilla.

Miksi tämä on tärkeä?

Renkaat kuluttavat energiaa koko ajan, myös hitaassa ajossa.

Hitaassa ajossa renkaiden vierintävastus kuluttaa enemmän kuin ilmanvastus.

Siksi rengasvalinta, rengaspaine ja rengaskoko voivat näkyä sähköauton kulutuksessa yllättävän paljon.

Renkailla on yllättävän suuri merkitys.

Seuraava kuva havainnollistaa vierintävastuksen ja ilmanvastukseen suhdetta.
Molemmat kuvaa tarvittavaa tehoa eri nopeuksilla.

Vierintävastus on laskettu renkailla joiden Crr on 0.005 , 0.00588 (ePrimacy), A: 0.0065,  B:0.0077,  C: 0.009. E: 0,011.
Auton paino 1670 kg. 
Ilmanvastus  +10°C ja CdA arvoilla 0.5328 (esimerkkiauto)  sekä 0.75

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.

Vierintävastuksen tehontarve ylittää ilmanvastuksen tehontarpeen matalilla nopeuksilla. Yleensä vierintävastus on ilmanvastusta suurempi ~50 - ~70 km/h pienemmillä nopeuksilla. Se riippuu automallista ja renkaista. Niissä on suuriakin eroa. Nykyisin erityisesti sähköautoissa käytetyt hyvät renkaat ovat kuitenkin melko matalalla vierintävastuksella. Myös rengaskoko vaikuttaa vierintävastukseen.

Laskelmissa on käytetty esimerkkiauton painoa, vakio rengaskokoa, sekä muutamaa rengasta esimerkkinä.
Laskentakaava on yleinen sopien normaaleille renkaille normaaleilla ajonopeuksilla.

Laskelmat pohjautuvat ajoon kuivalla asfaltilla normaaleilla suositus ilmanpaineilla.
Mikäli ajat ePrimacy versio 1 renkailla huomaa että äärimmäisen matala vierintävastus kostautuu märkäpidossa! Se pitää kuljettajan tietää.

Aina ei ole ideaali kuiva asfaltti. Kostea, märkä taisuorastaan vesipatjaa tiellä vaikuttaa erittäin paljon. Siitä hiukan tarkemmin alempana.

Erinomaisella vierintävastuksella oleva Nokian Hakka R5 (kitkarengas)  koossa 205/55 16 voi hämmästyttää sillä että se jää tuohon Michelin ePrimacy ja Primacy 4 väliin lukemalla 6,6 kg/t normaalilla 2,5 bar paineella. Monet muutkin nykyajan korkealaatuiset talvirenkaat ovat yllättävän hyviä vierintävastuksen osalta. "Kehitys on kehittynyt."

Suhteutus: Jos ajat 100 km/h nopeudella vierintävastuksen teho michelin ePrimacy (versio 1.) renkailla vastaa samaa kuin noin 28 kpl 100 W hehkulamppuja palamassa.
Tavallisilla C energialuokan  renkailla tuo teho vastaa noin 42 kpl 100 W hehkulamppuja palamassa.


Taulukko 2. Vierintävastuksen tehontarve eri nopeuksilla.

Vierintävastusteho: Prr=(Crr+0.00000065*v^2)mgv
(Esimerkkiauton paino 2 henkilöä + 25 kg tavaraa)
m = 1670 (kg) 
g = 9.81 m/s^2
v = nopeus m/s
Crr nop.kerroin = 0.00000065
Crr arvot kg/t (kerroin)
 1. Michelin ePrimacy:   5,58 kg/t (0.00558)
 2. Nokian Hakkap.  R5:  6,60 kg/t (0.00660)
 3. Michelin Primacy 4:  7,74 kg/t (0.00774)
 4. tavall.C:            8,70 kg/t (0.00870)

ePrimacy, koko 205/55 16, tavall.C = keskink. C energial. 205/55 16

2a . 1 2 3 4
km/h m/s kW kW kW kW
25 6.94 0.64 0.75 0.88 0.99
50 13.89 1.30 1.53 1.79 2.01
100 27.78 2.77 3.23 3.75 4.19
120 33.33 3.44 4.00 4.62 5.15

Näytä koko taulukko 2.
2a . 1 2 3 4
km/h m/s kW kW kW kW
20 5.56 0.51 0.60 0.71 0.79
25 6.94 0.64 0.75 0.88 0.99
30 8.33 0.77 0.91 1.06 1.19
35 9.72 0.90 1.06 1.24 1.40
40 11.11 1.03 1.22 1.42 1.60
45 12.50 1.16 1.37 1.61 1.80
50 13.89 1.30 1.53 1.79 2.01
55 15.28 1.43 1.69 1.98 2.22
60 16.67 1.57 1.85 2.16 2.42
65 18.06 1.71 2.01 2.35 2.64
70 19.44 1.86 2.18 2.54 2.85
75 20.83 2.00 2.35 2.74 3.07
80 22.22 2.15 2.52 2.93 3.28
85 23.61 2.30 2.69 3.13 3.51
90 25.00 2.45 2.87 3.34 3.73
95 26.39 2.61 3.05 3.54 3.96
100 27.78 2.77 3.23 3.75 4.19
105 29.17 2.93 3.42 3.96 4.42
110 30.56 3.10 3.61 4.18 4.66
115 31.94 3.27 3.80 4.40 4.90
120 33.33 3.44 4.00 4.62 5.15
125 34.72 3.62 4.20 4.85 5.39
130 36.11 3.80 4.41 5.08 5.65

Taulukossa 2. on renkaiden vierintävastukseen eri nopeuksilla tarvittava teho. Huomaa että rengaskoko myös vaikuttaa, samoin käytetty ilmanpaine ja auton paino.
Huom: Laskennassa käytetty Crr nopeuskerroin on hiukan ns konservatiivinen arvo. Nykyaikaisille varsinkin sähköautoissa käytetyille kesärenkaille ja rengaspaineille se on hiukan liian iso. Vaikutus Suomen sallituilla tieliikennenopeuksilla lähinnä: "ei liian optimistinen"

Tietenkin kun sitten puhutaan auton energiankulutuksesta esim kWh/100km tulee huomioida aika. 50 km/h teho esimerkiksi 1,3kW vastaa 2,6 kWh/100km.  100 km/h teho 2,77 kW vastaa 2,77 kWh/100km.

Esim Michelin ePrimacy 205/55 16  2,5 bar paineilla vierintävastus on uutena 5,58 kg/t.  2,8 - 2,9 bar paineilla se on arviolta noin 0,3 kg/t alempi ja kuluneena 2 mm urasyvyyteen noilla isommilla paineilla alkaa rikkoa 5,0 kg/t haamurajaa.

Huomaa että ylipaineistus saattaa heikentää renkaan märkäpito ja kulumis ominaisuuksiin.
Paineen nosto esim 2,5 bar + 0,2 ei vielä merkittävästi heikennä renkaan pito-ominaisuuksia.

Älä aja alemmilla paineilla kuin käytössä olevan renkaan ko. autolle määritelty normaali suosituspaine. Se on vaarallista!

Kuten huomataan renkailla on merkitystä. 100 km/h nopeudella erittäin matalan Crr rengas 2,77 kW  ja  C energialuokan keskimääräinen rengas 4,19 kW.  Ero 1,42 kW

Joku voi pohtia että 50 W tehoinen penkinlämmitin hukkaa sähköä tai joku säästää sammuttaamalla valot. Tuo ero renkaissa vastaisi sitä että olisi koko ajan päällä 28 kpl niitä 50 W tehoisia penkinlämmittimiä.

Kun tien pinta ei olekaan lähes ideaali kuiva asfaltti vaan mukaan tulee enemmän tai vähemmän divetymonoksidia se muuttaaa vierinnän osalta paljon tai vieläkin enemmän.
- kostea tie
- märkä tie
- vesipatjaa tiellä

1. Kostea tie, "Musta asfaltti".  Tie on kauttaaltaan tumma, mutta siinä ei ole heijastuksia. Tien rakeinen pinta ei ole vielä lainkaan täynnä. Renkaiden jälki näkyy asfaltissa hetken hieman "kuivana" urana. Aivan pientä vesisumua voi muodostua auton taakse.  Tässä vaiheessa menetetään optimaalinen renkaalle ilmoittetu vierintävastus ja tehon tarve voi lisääntyä suuruusluokaa 15 - 25 %. Pito-ominaisuudet jonkun verran heikeentyneet.

2. Märkä tie, "Suihkuava". Tien pinta kiiltää (peilaa) taivasta tai takavaloja. Auton takana näkyy selkeä vesisumu-pilvi ja renkaiden sivuilla "suihkut".  Tässä tilassa makroprofiili on täynnä mutta ei yli. Pinnankarkeuden huippuja voi kuitenkin olla yli vesipinnan. Tehon tarve nousee suuruusluokkaa 40 - 60 %, koska rengas joutuu mekaanisesti pumppaamaan vettä. Vesiliirtovaara vaanii ja esim jarrutuspito on todella heikko.

3. Vesipatja, "Urainen/Seisova vesi". Näkyviä vesikerroksia tai "puroja" ajourissa. Rengas muodostaa pienen keula-aallon (v-muoto). Tässä ollaan inertiavastuksen alueella. Teho kasvaa nopeuden kuutiossa ja vastus voi olla 3–5-kertainen kuivaan verrattuna. Vesiliirron vaara erittäin suuri.
Aika helposti ollaan lukemissa joissa auton kulutus 100km kohden kaksinkertaistuu ja ylikin kun tien vesi aiheuttaa jopa enemmän vastusta kuin ilmanvastus. Yhtäkkiä 15 kWh/100km onkin esim 30 kWh/100km mutta se ei näy koska mittari näyttää mennyttä, ei tulevaa. Menneen vaikutusta voi toki vähentää nollaamalla mittarin.

Tieto vähentää yllätyksiä. Ehkä kuljettaja on menneen kuivan asfaltin pohjalta, sekä GOM mittaarin ennustetta katsellen, ajatellut että mukavasti voi ajella suunnitellulle latausasemalle. Kun kova sade alkoi ja jatkuu. Sinne ei ehkä pääsekään.


Lisää tietoa vierintävastuksesta
(The Engineering TooBox, rolling resistance)

 

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