Mikä on Leaf-sähköauton AC-latauksen hävikki?

Sähköauton ajonaikainen energiatehokkuus on vertaansa vailla, kuten useat eri lähteet ja omat kokemukset taloudellisuusajoistakin jo vuodelta 2018 osoittavat. Pääsin Ecorun-kilpailussa Leafillani 11,3 kWh/100 km kulutuslukemaan reilun 200 km pitkällä ja nopeuksien osalta tarkoin määritellyllä kilpailureitillä.  Parhaan Ioniq Electricin kulutus oli samassa kilpailussa vain 9 kWh/100 km. Samassa kilpailussa ajoivat myös PHEV-autot ja bensiiniautot. Paras PHEV saavutti erittäin kunnioitettavan 23,2 kWh/100 km lukeman ja parhaimmat bensiiniautot pääsivät 30-50 kWh/100km kulutuslukemiin.

Minulle itselleni olennaisin asia sähköuton kulutuksessa on nimenomaan ajonaikainen energiatehokkuus, eli kulutus ja sen suhde akkukapasiteettin toisinsanoen käytännön toimintamatka. Lataan autoani käytännössä aina 100% uusiutuvan energian sopimuksilla tai vielä paremmassa tapauksessa oman taloni katolta tulevalla aurinkosähköllä. Sähköauton latauksen aikaisesta hävikistä löytyy kansainvälisiäkin testejä ja lähteitä, mutta päätin silti lukijoiden pyynnöistä johtuen itsekin testata ja dokumentoida asiaa omalla Leafillani.

Testiauto ja -paikka

Testiautona on Nissan Leaf 40 kWh -sähköuto 2018 vuosimallia ja sillä on ajettu jo noin 105 000 kilometriä. Testikerrat on suoritettu Tampereella Virtapisteen operoimalla Klingendahlin Type2-latauslaitteella auton mukana toimitetulla Type2-latauskaapelilla sekä Tampereen Laukontorin Virtapisteen pikalaturin kiinteästi asennetulla AC-lataukseen tarkoitetulla Type2-kaapelilla.

Sähköautoja vähemmän tunteville tiedoksi, että sähköauton AC-lataamisessa käytetään auton sisäistä AC-laturia, joka Nissanin tapauksessa on yksivaihevirtaa hyödyntävä ja enimmillään 6,6 kW:n lataustehoon kykenevä. Tätä auton sisäistä AC-laturia käytetään esimerkiksi kotona normaalista suojamaadoitetusta ulkopistorasiasta (suko), niin sanotusta sinisestä karavaanaripistokkeesta tai kolmivaihevoimavirtapistorasiasta ladattaessa sekä Type2-latauslaitteita käytettäessä. Tämä on siis eri asia, kuin DC-pikalatureista lataaminen.

Eroavuuksia varmasti syntyy myös siitä käytetäänkö lataamiseen auton mukana tullutta 8A:n latausvirtaa hyödyntävää EVSE-kaapelia vai Type2-latauslaitetta. Nyt mittauskohteenani on Type2-lataaminen ja vertailun vuoksi yksi DC-pikalataus.

Tämä testi mittaa sähköauton lataamisenhävikkiä Type2-latauslaitteelta auton akkuun asti, ei esimerkiksi sähköverkon siirtohävikkiä tai ajonaikaista hävikkiä.

AC-lataamisen hävikkilaskelma case1: täyteen ladattu Type2-latauslaitteesta

Keli oli -2..3°C ja auto pidettiin yön yli latauksessa. Leafin akussa oli auton mittariston mukaan lataukseen jätettäessä 15% varaustaso ja LeafSpy kertoi, että +13,8..19,3°C lämpöisen ajoakuston jäljellä oleva energiamäärä oli 8,6 kWh. Kyseinen latauspaikka on kWh-hinnoiteltu ja sopii hyvin yönaikaiseen kotilataamiseen siltäkin osin, joten totesin vasta aamulla auton akun tilanteen uudelleen.

Aamulla akku oli auton mittariston mukaan 100% varaustasossa ja LeafSpy juorusi nyt +1,5..+6,1°C tasolle jäähtyneessä akussa olevan 35 kWh:n verran energiaa. Leaf ei käytä näin lämpimillä keleillä ajoakuston lämmittämiseen vastuksia, vaan akku pysyy lämpimänä massansa sekä sisäisten vastusten ansiosta. 

Voin tehdä laskutoimituksen 35 kWh - 8,6 kWh = 26,4 kWh. Eli akkuun oli lisääntynyt yön latauksen aikana 26,4 kWh:n verran energiaa.

Latauslaite kertoi ladatun 31,63 kWh:n verran energiaa. Autoa ei oltu esilämmitetty, eikä muutoinkaan sähköä oltu kulutettu lataamisen aikana, joten voin tehdä laskutoimituksen 31,63 - 26,4 kWh = 5,23 kWh. Tämä laskutoimitus kertoo, että 5,23 kWh:n verran energiaa on päätynyt hävikkinä lataamisen aikana hukkaan. Lataamisen hyötysuhde on 83,5% ja hävikki 16,5%.

AC-lataamisen hävikkilaskelma case 2: 71% tasolle ladattu Type2-latauslaitteesta

Case2 oli samalla latauslaitteella kuin ensimmäinenkin. Tällä kertaa aloitin latauksen 18% tasolta ja lopetin 71% kohdalla selvittääkseni onko viimeisillä prosenteilla täyteen ladattaessa vaikutusta lataamisen hyötysuhteeseen. Lataamista aloitettaessa akussa oli 10 kWh energiaa ja latauksen lopussa, eli 71% kohdalla 26 kWh. Akkuun siis ladattiin 16 kWh:n verran energiaa. 

Latauslaite näytti energiaa annettun 18,61 kWh:n verran, eli hukkaan oli mennyt tällä kertaa 2,61 kWh. Latauksen hyötysuhde toisella dokumentointikerralla oli 85,98% ja hävikkiin meni 14%.

AC-lataamisen hävikkilaskelma case 3: 75% tasolle pikalaturin Type2-kaapelista

Kolmas latauskerta tapahtui Tampereen Rongankadun Virtapisteen pikalaturissa olevasta kiinteästi asennetusta Type2-kaapelista. Vaikka tällä kertaa lataaminen tapahtui pikalaturista, niin autoon ladattiin AC-sähköä ja käytettiin edelleen auton sisäistä laturia.

Lataukseen laitettaessa akussa oli 21,2 kWh ja 1 tunti, 19 minuuttia myöhemmin akussa oli 28,4 kWh, eli akkuun oli latautunut 7,2 kWh:n verran energiaa. Laturi kertoi autoon toimitetun 8,57 kWh, joten hyötysuhde oli 84% ja hävikkiin meni 1,37 kWh, joten tämä havaintokerta asettuu samalle tasolle ensimmäisen mittauskerran kanssa. 

Kolmen AC-lataus casen keskiarvo

Kahden casen aikana ladattiin yhteensä 49,6 kWh:n verran energiaa. Latauslaitteiden ilmoitusten energiaa on toimitettu yhteensä 58,81 kWh. Näiden kolmen latauskerran keskimääräinen hyötysuhde siis 84,3% ja hävikki 9,21 kWh.

Vertailun vuoksi DC-latauksen hyötysuhteen mittausta Leafilla

DC-latauksessa käytetään ulkoista laturia, joka työntää suoraan akkuun DC-sähköä ohittaen siis auton laturin. Kyseessä on siis lähtökohtaisesti hyötysuhteen ja latauksen hävikin suhteen hyvin eri asiasta kyse.

Toteutin testin Lempäälän Lidlin maksuttomalla DC-laturilla, jonne saapuessa 12,3..17,9°C lämpöisessä ajoakustossa oli LeafSpyn mukaan 18,4 kWh:n verran energiaa. Otin pikalatausta 15 minuuttia ja 53 sekuntia kestäneen kauppareissun ajan. Tuossa ajassa laturi kertoi annetun 7,43 kWh:n verran energiaa. Latauksen keskiteho oli siis noin 28 kW, eli kylmistä ajoakuista johtuen alle täyden 45 kW: tason. Latauksen lopussa LeafSpy kertoi akussa olevan 25 kWh:n verran energiaa, eli akkuun oli lisääntynyt 6,6 kilowattituntia. Tämän DC-latauksen hyötysuhde oli 88,8%, eli molempia AC-latauksia parempi.

Vertailun vuoksi Audin E-Tronin ja Teslan Model 3:sen hyötysuhteet DC-latauksissa

Leaf on alunperin suunniteltu yli 11 vuotta sitten ja tekniikka on akkua ja invertteriä lukuunottamatta edelleen enimmäkseen alkuperäistä. Tämä saattaa näkyä myös AC-latauksen hitautena verrattaessa uudemman tekniikan sähköautoihin. DC-pikalataus on Leafissa vanhemman sukupolven CHAdeMO-standardia noudattava ja sain Leafin DC-latauksen hyötysuhteeksi 88,8%.

Sain Sähköautot -Nyt! Facebookryhmästä J.Sulkaselta erinomaista vertailudataa Audin E-Tronin ja Teslan Model kolmosen DC-latauksista. Molemmat autot käyttävät pikalataamiseen, eli DC-lataamiseen uudempaa Euroopassa suositellumpaa CCS-standardia. Epäilemättä molempien autojen akkukemiatkin saattavat olla koostumukseltaa kehittyneempiä. 

Audin DC-latausten hyötysuhde näytti vaihtelevan 0-9% välillä, joka on merkittävästi oman Leafini tuloksia parempi. Audi käynnistää akuston lämmönhallinnan (Thermal Management System) tarvittaessa kun auto kytketään DC-pikalaturiin, mutta ei käynnistä TMS:ää kun auto kytketään AC-latauslaitteeseen.

Teslan DC-latausten hyödysuhteen vaihteluväli oli 12-18% välillä. Tesla käynnistää jo nollan vaiheilla tai sitä kylmemmässä kelissä AC-latauksessakin ollessaan akun lämmitystoiminnon ja ylläpitää akuston lämpöä vileä latauksen jälkeenkin vielä noin puolentoista tunnin välein tapahtuvin lämmityspulssein niin kauan, kuin auton on latauslaitteeseen kytkettynä. Näin ollen Model 3 heikentää latauksen laskennallista hyötysuhdetta mitä pidempään se seisoo latauskaapeliin kytkettynä kylmissä olosuhteissa.  

Leafin DC-pikalatauksen hyötysuhde näyttäisi olevan lähellä näiden kahden CCS-latauksella varustetun uudemman auton toteutumia. Audin ja Teslan etuina on myös akuston lämmittäminen sekä jäähdyttäminen pikalatauksen tehokkuuden varmistamiseksi. Leafissa ainoa akuston lämmönhallintaan liittyvä aktiivinen toiminto on syväjäätymistä estävä lämmitys vastuksella. 

Tuloksen merkitys

Tuloksella ei ole merkitystä sille, että sähköauton on ajon aikana energiatehokas, eikä tieto vaikuta sähköauton käytettävyyteen kuten toimintamatkaan normaaliajossa.

Oman sähköautoni keskikulutus 105 000 kilometrin matkalta on 16,5 kWh/100 km. Mainittakoon, että tuota lukemaa nostaa tuntuvasti se, että auton katolla on melkein aina kattoteline pyörätelinellä ja talvisin myös suksiboksi. Nämä nostavat omien testieni mukaan Leafin kulutusta noin 5-20%.

Itselleni tiedolla ei ole mainittavaa merkitystä myöskään sähköautoilun kuluihin. Lataan tässä kyseisessä latauspaikassa melko usein koska se on kaupunkikotimme vieressä ja kotimme parkkiruudussa ei ole latausmahdollisuutta. Tässä latauspisteessä on yleisestä Virtapisteen hinnoittelusta poiketen hiukan kalliimpi 20 senttiä / kWh hinta, kun se on yleisesti heidän pisteissään 15 senttiä / kWh, mutta minusta tuokin on varsin käypä hinta. Autoni mittariston mukaisella 16,5 kWh/100km keskikulutuksella 100 kilometrin ajamisen hinnaksi tulee 3,30 euroa. Kun kahden testikerran lataamisen keskiarvohävikki otetaan myös huomioon, voin laskea tarkennetun kulutuksen hävikki mukaanlukien: 19,5 kWh/100 km, jolloin 100 km ajamisen hinnaksi tulee 3,90 euroa.

Jos tämä sama hyötysuhde pätee kotilataamiseeni, jossa maksan hiljattain kovasti nousseella sähkön hinnalla noin 15 senttiä / kWh (sis osto, siirto, kaikki verot ja kk maksut), niin muutos on seuraava: 16,5 kWh/100 mittariston mukaisella kulutuksella ajaminen maksaa noin 2,48 euroa/100 km ja hävikillä korjatulla 19,8 kWh/100km kulutuksella 2,93 euroa/100km.

Toistotestejä

Aion tehdä vielä lisää testejä esimerkiksi selvittääkseni vaikuttaako esimerkiksi kesällä lämmennyt ilma hyötysuhteeseen mitenkään. Jos löydän riittävän luotettavan sukomittarin lainaan, niin teen testin myös auton suko-kaapeleilla.