Mikä on sähköauton kulutus moottoritieajossa? Entä suurteholatauksen hyötysuhde? -testiä tulossa!

Tämän kirjoituksen kohteena oleva testi tehdään kaupallisessa yhteistyössä ABC-latauksen sekä SSO:n kanssa.

Sähköauton lataamisessa on aina häviötä, mikä ilmenee lämpiämisenä ja kun esimerkiksi suurteholatauksessa tapahtuu riittävän voimakasta lämpiämisestä, alkaa suurimmassa osassa autoja aktiviinen jäähdytys, mikä myös tarvitsee energiaa. Käytännössä nämä häviöt ovat pieniä, mutta olemassa. Niistä on kuitenkin yleisesti sähköautoilijoilla aika vähän tietoa, mutta useilla on vähintään periaatteellinen kiinnostus tietää.

Johdanto 1: Suurteholataaminen

Keskityn tässä tekstissäni suurteholataamisen, eli DC-latauksen hyötysuhteeseen. Eli siihen, mitä sähköautoilijat eniten tarvitsevat kun tekevät pitkiä matkoja, joissa ajetaan enemmän kuin yhden akullisen tarjoaman toimintamatkan päähän kertasuoritteina. Suurteholatauksessa ohitetaan auton sisäinen AC-laturi ja silloin se latausoperaattorin ulkoinen laitteisto toimii kirjaimellisesti laturina. DC-lataamisessa ulkoinen laturi syöttää DC-sähköä suoraan auton akustoon, jossa on myös DC-sähköä. Suurteholataamisella parhaimmat sähköautot saavat tällä hetkellä noin 250 kW:n lataustehoa, eli 100 km lisää toimintamatkaa noin viidessä minuutissa.

Johdanto 2: Lataamisen häviön ja hyötysuhteen käytännön merkitys

Kuten aloitin kirjoituksen, tapahtuu sähköauton lataamisessa aina lämpiämistä eri osissa, mikä ilmenee siten, että akkuun kertyy vähemmän sähköä (kWh), kuin sitä toimittava laitteisto toimittaa. Tätä erotusta kutsun tässä testissä lataamisen häviöksi. Latauksen hyötysuhde on akkuun toimitettu energiamäärä (kWh) jaettuna laitteiston toimittamalla energiamäärällä (kWh) ja ilmaisen sen prosenttilukuna. Huomioitavaa on, että tämä testi ja kirjoitus ei käsittele ennen autoa tapahtuvia häviöitä, joita tapahtuu ulkoisissa latauslaitteissa sekä sähkön siirtoverkossa.

Sähköautoilijalle oman auton lataamisen hyötysuhteella on sikäli merkitystä, että sähköautoilija tietenkin maksaa latauslaiteistojen toimittamasta sähkön määrästä, ei siitä, mitä auton ajotietokone kertoo kulutetuksi. Useimmille sähköautoilijoille tämän tiedon ymmärtäminen on enimmäkseen "kiva tietää"-tason asia.

Haluamme kuitenkin joukolla selvittää suurteholataamisen hyötysuhdetta, koska uskomuksemme ennen yhteisiä testejä on, että autojen välillä on suuriakin eroavuuksia. Uskomuksemme on myös, että samalla autolla saattaa olla jopa suurempia tilannekohtaisia eroavuuksia suurteholataamisen hyötysuhteissa, kuin autojen välillä. Vaikuttavina tekijöinä useimmilla sähköautoilla on mm akuston jäähdyttämisen tai lämmittämisen tarve suurteholatauksen aikana. Vaikka auto ei lainkaan jäähdyttäisi tai lämmittäisi akustoaan, on uskomus että häviötä tapahtuu aina hieman akuston sisäisen resistanssin ansiosta, mikä nimenomaan ilmenee akuston voimakkaana lämpiämisessä suurilla lataustehoilla.

Testissä saadaan dokumentoitua useita muitakin kiinnostavia asioita

Testissämme siis tullaan saamaan selville eri sähköautojen moottoritieajon kulutuslukemia sekä suurteholataamisen hyötysuhdetta. Testissä tulee samalla myös useita muita tietoja, jotka saattavat kiinnostaa sähköautoilijoita. Vaikka tulemme saamaan paljon lisää kerättyä tietoa sekä laskettuja tuloksia, jää silti vielä spekuloitavaksikin seikkoja.

Testin tuottamia erilaisia tuloksia:

• Suurteholatauksen hyötysuhde: eri autoilla, eri tilanteissa saattaa olla suuriakin eroja suurteholatauksen hyötysuhteessa
• Autojen ajotietokoneen vs todellisen kulutuksen välinen ero: Testilenkin ajaneista autoista kirjataan ajotietokoneen laskema kulutus sekä lasketaan ladatun energian välinen kulutuslukema. Spekuloitavaksi jää kuitenkin, mikä tuosta erosta on ajotietokoneen laskentavirhettä ja mikä on lataushäviötä.
• Kulutettu energia akuston varaustason muutoksesta laskien: Lopputulosten laskentataulukko antaa myös testilenkillä kulutetun energian määrän, kun se lasketaan reitille lähtiessä olleen akuston varaustason ja maalissa akkuun jääneen varaustason muutoksen sekä akuston nettokapasiteetin kautta. Tässä auttaisi tarkentamaan, mikäli meillä olisi käytettävissä auton akuston SOH-lukema, eli kuntoisuus uudesta.
• Autojen keskikulutuksia moottoritieajossa: Kuljettajia ohjeistetaan ajamaan mahdollisimman normaalia moottoritieajoa. Näin saamme realistisia tavallisen matka-ajon kulutuksia selville.
• Suurteholatauksen keskiteho: Loppulatauksesta tulemme saamaan hyvää tietoa eri autojen suurteholatauksen keskitehoista eri akuston varaustasoilla ja eri tilanteissa ja myöhemmin myös eri keleissä. Kuljettajat voivat itse päättää, millä akun varaustasolla tavoittelevat loppulataukseen. Kuljettajat voivat myös itse päättää, lämmitävätkö auton akuston ennen latausta vai eivät, mikäli sellainen toiminto autossa on olemassa.
• Eri autojen ajotietokoneen matkamittarivirheen määrä: Valittu reitti on navigaattorilla tarkistettuna ollut 123 km pitkä, mutta kaksi ensimmäistä eri autoilla tehtyä referenssiajoa toivat autojen ajotietokoneisiin reitin pituudeksi 122 km.
• Autojen realistisia toimintamatkoja suomalaisessa maantieajossa: Testilenkki ajetaan Helsinki - Turku -moottoritiellä, mikä simuloi melko hyvin useimpien suomalaisten matka-ajon rytmiä. Auton ilmoittaman ajonaikaisen kulutuksen sekä akuston nettokapasiteetin mukaan lasketaan myös auton toimintamatka.

Testi ajetaan 15.8.2023 

Olen kutsunut testin referenssiryhmään 12 sähköautoilijaa muutamasta eri FB-ryhmästä. Tätä kirjoitettaessa referenssiryhmään on osallistumassa 800V jännitteen akuilla varustetuista autoista Hyundai Ioniq ja Kia EV6. Edellämainittujen sekä testiin osallistuvan Bz4x:n tulokset kiinnostavat varmasti useita. Tesloja on useampia, ovathan ne yleisin sähköauto Suomessa. Model X Plaid edustaa uusinta päätä. Model 3 LR -autoja on kaksi ja niissä pyritään siihen, että toinen auto lämmittää akuston testilenkillä ja toinen ei. Model Y:stä on Performance ja LR -versiot. Lisäksi mukana on mm Nissan Airya, Hyundai Kona, Renault Megane e-Tech sekä Volkswagen ID.4.

 26.5.2023 mennessä kolmella autolla on ajettu referenssiryhmän ja testiajon pilottisuoritukset. 

Pilottisuoritukset ajettiin 25.5 Volskwagen ID.4 Pro Performance MAX 77 kWh (2021), softa 2.4 -autolla sekä Nissan Ariya 63 kWh FWD:llä.

26.5 ajettiin Toyota Bz4x FWD:llä, jossa oli vielä auton alkuperäinen softa käytössä sekä Hyundai Kona 64 kWh:lla.

Tässä näiden kahden auton pilottiajon tuloksia taulukossa. Suurella mielenkiinnolla odotan muidenkin autojen tuloksia. Huomio, Toyota ja Hyundai ajoivat merkittävsti erilaisessa kelissä. VW ja Nissan ajoivat noin +22..24°C aurinkoisessa ja melko tyynessä kelissä. Toyota ja Hyundai ajoivat noin +12°C ja voimakkaammassa tuulessa.

Pilottisuorituksista voisin jo tässä kohtaa vetää yhteen parikin seikkaa:

• Hyundai Kona oli odotuksieni mukaan pienin kulutukseltaan tähän asti ajetuista autoista, vaikka ajoikin VW:tä ja Ariyaa kuluttavammassa kelissä
• Toyota Bz4x oli ehkä aika yleistä mielikuvaa huomattavasti parempi. Oikeastaan olen hyvin ilahtunut sen tuloksesta. Loppulatauksen keskiteho oli melko tarkasti samalla tasolla kuin ID.4:n. Ladatusta energiasta mitattu kulutus oli sama kuin ID.4:ssä. Joskin maahantuojan selittely, että alkuperäisellä softalla olevassa autossa olisi kulutusnäytömittariin huomioitu lataushäviöt, ei nyt ainakaan ilmentynyt. Lataushäviö oli 6,6 %. Sen sijaan vahvistui, että kun auton ajotietokone näyttää akussa olevan 0%, niin siellä oli kuljettajan ilmoittaman mukaan vielä noin 40 km moottoritietoimintamatkaa jäljellä. Odotan mielenkiinnolla kun saamme 15.8 viimeistään tästä samasta autosta testituloksen päivitetyllä ohjelmistolla.
• Ariyassa latauksen aloituksessa oleva akuston varaustaso vaikuttaa merkittävästi latauksen keskitehoon kuten toki vertailuryhmän autoista ainakin ID.4:ssä ja Toyotassakin. Tässä pilottiajossa Ariya ladattiin tarkoituksellisesti alkaen 39 % tasosta, jolloin latauksen keskiteho jäi tuntuvasti ID.4:n ja Bz4x:n alle. Pidän oletettuna, että matalammalla varaustasolla aloitettu lataus asettuu samalle tasolle.
• ID.4:llä on näistä autoista pisin laskennallinen moottoritiajon toimintamatka 356 km ja se lataa 100 km ilsätoimintamatkan nopeimmin, 12 minuutissa. Tosin tuo lataamisen nopeuden ero on häviävän pieni ja muuttuu huomattavasti toisinkin päin riippuen akuston varaustasosta latauksen alkaessa.

Testipäivään ovat tervetulleet muutkin sähköautoilijat

Testipäivä on sovittu 15.8 tiistaille. Tulen kutsumaan ja ohjeistamaan muitakin sähköautoilijoita testipäivään mukaan. Refernssiryhmän 12 sähköautoa lähtevät reitille ABC Lohjan ABC-latausasemalta kello 9.30 - 10.30 välisenä aikana noin viiden minuutin välein. Maaliin ABC Piihovin ABC-latausasemalle tämän ryhmän autot saapuvat kello 10.50 - 12.00 välillä. Toivomme, että referenssiryhmälle annetaan tilaa suorittaa alku- ja loppulataukset ennen kuin muut päivän testaajat aloittavat omat alkulatauksensa. Tietenkin ns normaaleille asiakkaille annetaan tilaa ladata autojaan.

Jos siis haluat päästä samana päivänä ja samalla reitillä tekemään omalle autollesi vastaava testi, laita jo alustava kalenterivaraus 15.8 tiistaille. Tulen odottamaan ABC Piihovissa kello 18.00 saakka viimeisiä testireittiä ajavia autoja.

Palaan siis muiden halukkaiden omien autojensa testaajien ohjeistukseen lähempänä ajankohtaa. Tässä vaiheessa kuitenkin jo kirjoitan sen verran, että jokainen testiä suorittava lataa ja ajaa testilenkin omalla kustannuksellaan sekä omalla vastuulla. Testilenkillä tulee noudattaa ehdottomasti kaikkia liikennesääntöjä sekä muita lakeja sekä erityistä liikennevarovaisuutta. Tämä testin tarkoitus ei ole myöskään kulutuksen minimointi, joten hidasteluun tai muuhun etityiseen säästelyyn reitillä ei myöskään ole tarvetta.

Testitapahtuman kaupalliset sidokset

Teen itse töitä myös ABC-lataukselle, mutta teen tämän yksityisenä sähköautoilijana mielenkiinnostani sähköautoilua kohtaan. Tuloksia tulen julkaisemaan tässä Sähköautoileva motoristi -blogissani. Tapahtumaa tukevat SSO sekä ABC-ketju. 

Tässä tekstissäni ja testissä ei ole kyse AC-lataamisen hyötysuhteesta

Vaikka keskityin tässä kirjoituksessa AC-lataamisen hyötysuhteen käsittelyyn, käydään lyhyesti läpi myös AC-lataamisen hyötysuhdetta. Eli peruslataamisen, eli esimerkiksi kotona ja kauppakeskuksisa tapahtuvan lataamisen hyötysuhdetta. Olen itse tehnyt testejä omilla autoillani ja nyt saksalainen ADAC on julkaissut mittavat testitulokset. Esittelen ne tiiviisti kuitenkin ensin.

Saksalainen ADAC testasi erittäin runsaalle sähkautomäärälle AC-latauksen hyötysuhdetta lataamalla ne täyteen ja vertaamalla ladatun energian määrää akuston ilmoitettuun nettokapasiteettiin. Tulokset ovat linjassa esimerkiksi omiin aiempiin kokemuksiin ja mittauksiin.

• AC-latauksen hyötysuhteen vaihteluväli oli 76,9 % ja 96,3 % välillä. Heikoin oli Mini Cooper SE:llä ja paras oli Audi e-Tron GT Quattrolla. Muut siltä väliltä.
• ADAC oli saanut tuloksen 61 autolle ja niiden yhteenlasketusta akustojen nettokapasiteetista sekä toisaalta yhteenlasketusta ladatusta energiasta laskien latauksien hyötysuhteen keskiarvoksi tuli 87,3 %.
• ADAC testissä ID.4 Pro Performance MAX 77 kWh -sähköauto sai AC-latauksen hyötysuhteeksi 87 %. Omissa mittauksissani olen ollut aika lähellä samoilla, mutta paremmilla tasoilla. Sain autoni AC-latauksen hyötysuhteeksi 94,3 % eräällä lataus- ja mittauskerralla.
• Sanoisin, ettei myöskään AC-latauksen hyötysuhde oli vakio, vaan tilanne- ja olosuhderiippuvainen.