Sähköautojen suurteholataamisen ja moottoritiekulutuksen testipäivän satoa

Järjestin 15.8.2023 pienimuotoisen sähköautojen kulutustestipäivän, jonka tavoitteena oli saada lisää kokemuspohjaista tietoa sähköautojen suurteholataamisen hyötysuhteesta. Saimmekin hyvää lisäymmärrystä tavoiteltuun aiheeseen ja lisäksi sivutuotteina muutamia muita kiinnostavia tuloksia. Kirjoitan tähän blogitekstiin testipäivän tuloksista yhteenvedon.

Tämän kirjoituksen kaupallinen yhteistyö: Suur-Seudun Osuuskauppa ja ABC-lataus. Vaikka teen sosiaalisen median työtä myös ABC-lataukselle, tein tämän tilaisuuden Sähköautoilevan motoristin roolissa. Tilaisuus oli sovittu ennalta Suur-Seudun Osuuskaupan sekä ABC-latauksen kanssa. Viimeisenä tuloksen ajaneen auton kartturi suoritti kolmen lahjakortin arvonnan kaikkien päivän aikana tuloksen saaneiden autojen kanssa. Voittajia on kontaktoitu suoraan.

Erittäin iso kiitos kaikille testipäivään omalla vastuulla ja kustannuksella osallistuneille sähköautoilijoille. On hieno aina todeta meidän sähköautoilijoiden keskuudessa olevaa hienoa yhteisöllisyyttä.

Testin otanta ja reitti sekä olosuhteet

Testiin osallistui 18 eri sähköautoa ja yksittäisiä testikertoja kertyi 24 kappaletta. Kolmen mittauskerran ja kahden auton tuloksista en saanut riittävän laadukasta tietoa. Toyota Bz4x:n ja ID.4:n tulokset on eritelty eri ohjelmistoversioiden mukaan, koska näihin on tehty merkittävä päivitys, jonka on kerrottu vaikuttavan autojen kulutukseen sekä lataustehoon.

Testiin osallistuneet autot olivat seuraavat ja lisään listaan myös tiedot akkujen esilämmittmisistä.

• 2 eri Hyundai Ioniq 5 RWD - autoa, joista toinen ajoi kaksi eri ajokertaa. Ei navigaattorin perusteella lämmittämisiä latauksiin, mutta nämä autot lämmittävät laturilla akkua tarpeensa mukaan.
• Huyndai Kona 64 kWh ajoi kaksi eri ajokertaa. Ei akuston esilämmitystä näillä lämpötiloilla lainkaan tarjolla.
• Kia EV6 AWD, lämmitti ajoakuston lähtölataukseen, ei lämmittänyt loppulataukseen. Auto joutui loppulatauksessa ensin jonottamaan vuoroaan ja sitten sai hetken valitettavasti jaettua tehoa.
• MB EQE 350  ei saanut riittävän luotettavaa tulosta
• Nissan Ariya 63 kWh FWD, lämmitti ajoakkua manuaallisesti pyytäen ennen maalia.
• Nissan Leaf 59 kWh, ei akuston aktiivista lämmitystä lainkaan näillä lämpötiloilla.
• Opel Mokka e vm 2023, ei akuston aktiivista lämmistystä lainkaan näillä lämpötiloilla.
• Renault Megane E-Tech 60 kWh 220 hv, auton navigaattorin kohteeksi laitettu maali. Auto lämmittänyt akkua, jos katsonut tarpeelliseksi.
• Skoda Enyaq IV60, ei akuston lämmistytomintoa näillä keleillä.
• Tesla Model 3 LR 5/21, lämmitti akuston lähtölataukseen, ei maaliin.
• Tesla Model X Plaid ajoi kaksi eri ajokertaa. Ei tiedossani lämmitystä.
• Tesla Model Y LR. Ei lämmittänyt akkua kumpaankaan lataukseen.
• Tesla Model Y Performance. Ei lämmittänyt akkua koko testin aikana. Oli lämmittänyt kotona ennen testiin lähtöä
• Tesla S100D ei saanut riittävän luotettavaa tulosta
• Toyota Bz4x FWD; orig. softa. Ei akuston lämmitystä näillä keleillä lainkaan.
• Toyota Bz4x FWD; päivitetty softa. Ei akuston lämmitystä näillä keleillä lainkaan.
• Volkswagen ID.4 RWD 77kWh vm 2020 softa 2.4. Ei akuston lämmitystä näillä keleillä lainkaan.
• Volkswagen ID.4 RWD 77kWh vm 2020 softa 3.2. Ei akuston lämmitystä näillä keleillä lainkaan.
• Volkswagen ID.4 RWD 2023, original 3.2. Ei akuston lämmitystä näillä keleillä lainkaan.

Varsinainen ennalta sovittu testipäivä oli 15.8.2023, jolloin oli 24..27°C lämmin ja aurinkoinen päivä sekä tyyntä. Osa autoista oli ehtinyt ajamaan ns referenssiajon jo etukäteen kesän aikana, niissä olosuhteet olivat vaihdelleet. Kirjoitin autojen listaan ne, joilla oli useampi testikerta.

Ajolenkki oli seuraava: Lähtö ABC Lohjalta suuntautuen E75/1-moottoritietä kohti Turkua. Erkanemiskaistan numero 9 kohdalla, eli Piikkiö/Tammisilta viitan kohdalla tapahtui moottoritien sillalla takaisin kääntyminen. Maali oli ABC Piihovissa Salossa.

Testimenetelmä pähkinänkuoressa:

1. Kuljettaja suorittaa lähtölatauksen lopettaen sen tarkoin päättämällään akun varaustason nousun hetkellä. Esimerkiksi jos on päättänyt suorittaa testiin lähdön 60 % varaustasolla, keskeytetään lataus täsmälleen sillä hetkellä, kun akun varaus nousee 59 prosentista 60 prosenttiin. Näin vähennetään yhden prosenttiyksikön sisällä tapahtuvan virhemarginaalin suuruutta. Lähdötilanteessa akun varaustaso kirjataan ylös ja huolehditaan, että autosta saa ajolenkin kulutuksen ym selville.
2. Testilenkki on pituudeltaan 123 km ja ajetaan käyttäen navigaattorilla tarkistettua suurinta sallittua nopeutta tai liikenteen mahdollistamia nopeuksia. Ajo-ohje oli ajaa, kuten ajaisi normaalisti. Eli esimerkiksi ilmastointi normaalisti käytössä.
3. Maalissa kuvataan auton kulutustiedot sekä saapuessa oleva akun varaustaso. Auto kytketään suurteholatauksen ja ladataan täsmälleen samalle tasolle, kuin lopetettiin alkulataus. Loppulatauksesta kirjattiin ylös latausoperaattorin kuitilta ladattu energia sekä latauksen kesto. Myös ajotietokoneen kulutustiedot kirjattiin ylös.

Testilenkin ajaneiden keskinopeudet olivat tarkoin samalla 107 - 108 km/h tasolla. Vaikka moottoritiellä oli kesäinen 120 km/h rajoitus käytössä, laski keskinopeutta lähdön, kääntöpisteen sekä maalin tienoilla olevat hitaammat reitin kohdat. Moottoritiellä on myös karkean arvion mukaan noin 10 % osuudella voimassa 100 km/h rajoitus, jota neuvottiin noudattamaan tarkoin.

Suurteholataamisen hyötysuhde testikerroilla keskimäärin 89,24

Ensisijainen tavoitteeni oli saada ymmärrystä eri autoilla suurteholataamisen hyötysuhteelle, tai toisinpäin häviön määrälle. Olennaisin yhteenvetävä tulos testistä: kesäisessä olosuhteessa sähköautojen suurteholatauksen hyötysuhde tässä testissä oli keskimäärin noin 89-91 % tasolla. Huomiona myös, että autokohtaiset erot näyttäisivät kuitenkin olevan pienempiä, kuin saman auton latauskertakohtaiset erot.

Havainnon käytännön merkitys: tämä tieto on suurimmalle osalle sähköautoilijoista jo hifistelyn tasolla. Tällä tiedolla voi olla käyttöä esimerkiksi, kun tarkan euron autoilija suunnittelee sähköautoon siirtymistä ja miettii pitkien matkojen liikenne-energiakulua. Silloin on hyvä tiedostaa, että auton ilmoittaman, esimerkiksi 21,5 kWh/100 km kulutuksen lisäksi lataukseen kuuluu noin 10 % häviö, eli laturi siirtää sataa kilometriä kohden autoon 23,9 kWh energiaa.

Testikertojen ja autojen latauksien hyötysuhteet testissä osoittavat, että kaikkien latauskertojen keskimääräinen hyötysuhde oli 89,24 %, mutta latauskerroista paras oli alle neljä prosenttiyksikköä keskiarvoa parempi ja toisaalta matalin hyötysuhde oli viisi prosenttiyksikköä heikompi kuin keskiarvo. Hajonta siis on aika pientä ja lisäksi esimerkiksi ID.4 -latauskertojen välillä eroa oli 3,7 prosenttiyksikköä.

Tässä kohtaa totean, että noin 8 - 11 prosentin häviöstä suurteholatauksessa puhuminen on riittävän tarkka ilmaus itselleni omana käyttööni.

Mihin sähköä katoaa, eli mitä häviö on?

Ei, se häviävä sähkö ei haihdu ilmaan tai valu auton alle sähkölätäköksi. Kun sähköä siirretään etenkin suurilla virroilla sekä jännitteillä, eli suurella teholla, syntyy lämpöä. Suurteholataamisen merkittävin häviö on siis lämiämistä. Lämpöä syntyy etenkin ajoakussa ja se kuumenee niin voimakkaasti, että lähes kaikki uudet sähköautot jäähdyttävät latauksen edetessä erittäin voimallisesti. Toisaalta osa sähköautoista käyttää laturille saapuessaan sähköä akuston lämmittämiseen, jotta akkuun saadaan nopeammin suurin auton ja laturin mahdollistama latausteho. Teen tässä yksinkertaistuksen ja totean, että toissiaista häviötä suurteholatauksessa syntyy siis jäähdytyksestä sekä lämmittämisestä. Nämä siis näkyvät tässä testissä häviönä. Spekulaation alle jää edelleen se, että mikä osuus mittauksissa näkyvästä häviöstä selittyy auton ajotietokoneen näyttämän kulutuksen epätarkkuudella.

Testipäivän oheistuloksina muitakin kiinnostavia tietoja

Testin toteutustapa tuotti joukon muitakin useita sähköautoilijoita kiinnostavia tietoja. Kuitenkin näin pienellä otannalla ei pidä tehdä liian pitkälle meneviä johtopäätoksiä moottoritieajon kulutuksesta, lataustehosta tai lataukseen tarvittavasta ajasta. Kuvaan niitä nyt kuitenkin seuraavien otsikoiden alle.

Moottoritiekulutus ajotietokoneen mukaan vs ladatun energian mukaan

Meillä Suomessa järjetetään ansiokkaasti FLTP-kulutustestejä eri vuoden aikoina eri liikenneolosuhteissa. FLTP-tietokanta on hyvä ja kannustan perehtymään siihen, mikäli sähköautojen kulutukset suomalaisissa olosuhteissa kiinnostavat. Yllytän sähköautoilijoita myös vahvasti osallistumaan tuleviin FLTP-testitilaisuuksiin, jotta saadaan lisää dataa tietokantaan.

Tämän testin järjestämisen alkuvaiheessa olin yhteydessä FLTP:n organisoijiin ja totesimme, että nämä eivät ole päällekkäiset asiat, vaan tämä testipäiväni täydentää tietoisuutta sähköauton kulutuksesta. Nyt meillä oli pieni joukko ajokertoja verrattuna FLTP:hen, mutta tarkoin vakioitua reittiä ja nopeutta käytettiin. Henkilökohtaisesti saavutettu pienin kulutus ei ollut mikään tavoite, enkä henkilökohtaisia kulutuksia tässä edes esittele. 

Testilenkin 123 km kulutukset. Sininen palkki kuvastaa auton ajotietokoneen ilmoittamaa kulutusta. Vihreä palkki päättyy ladatusta energiasta laskettuun kulutukseen. Kulutuslukemat myös lukevat kuvaajassa. Virheän palkin kohdalle olen merkinnyt lataushäviöt prosentteina. Olen myös lisännyt keltaiset kolmiot niille autoille, joille löysin kesäisen moottoritieajon FLTP-kulutuslukeman. Huomiona vielä, että osalla autoista on enemmän kuin yksi mittauskerta, jolloin lukema kuvaajassa on mittauskertojen keskiarvo.

Mielenkiintoisena havaintona tällä kertaa oli, että Toyota Bz4x:n kulutus sekä ajotietokoneen, että myös ladatun energian mukaan laskien pieneni todella runsaasti. Tästä ei kuitenkaan pidä vetää suoraan johtopäätöstä, että ohjelmistopäivityksen vaikutus olisi ollut aivan näin suuri, koska Bz4x:n ensimmäinen ajokerta, jolloin tuli suurempi kulutus, ajettiin +12°C kelissä voimakkaan länsituulen vaikutuksessa. Nyt 15.8 testipäivänä oli käytännössä tyyni hellepäivä. Kuitenkin tämän testipäivän ajon tulos kertoo, että Toyota on Suomeen saapuessa saamaansa mainetta parempi auto kulutuksen ja toimintamatkan suhteen.

 

Korostan vielä, että tämän testin moottoritiekulutuksista autoittain ei pidä tehdä suoraviivaisia päätelmiä, että jokin auto on aina suurempi kulutuksinen kuin toinen. Nämä olivat tämän testikerran tuloksia. Esimerkkinä käytän oman ID.4:ni kulutuksia kesärajoituksilla työmatkallani Tampereelta Helsinkiin. Parkkiruudusta parkkiruutuun on matkaa noin 178 km ja ajan käytännössä aina samoja nopeuksia käyttäen kesällä. Kulutus on ollut pienimmillään alle 20 kWh/100 km ja suurimmillaan jonkin verran yli 30 kWh/100 km. Ainoa merkittävä ero on ollut keli. Suurimman kulutuksen kerralla oli rankka kaatosade ja voimakas vastatuuli. Pienimmän kulutuksen kerralla noin +25°C aurinkoinen lähes tyyni keli pienellä myötätuulella. Sähköauton kulutukseen siis vaikuttaa eniten ajo-olosuhteet, käytetty ajonopeus sekä kuljettajan ajotyyli. Autojen väliset erot ovat kuitenkin melko pieniä näihin vaikuttimiin verrattuna.

Suurteholatauksen keskiteho

Sähköautoille ilmoitetaan latauksen maksimiteho, mikä pääosin uusilla autoilla vaihtelee noin 80 kW:n ja 200 kW:n väleillä tai hieman alle tai päälle. Useissa autoissa tuo ilmoitettu maksimilatausteho on vain hyvin hetkellinen piikki matalilla akuston varaustasoilla. Joillain toisilla taasen latausteho käyrä on laakea ja auto lataa hyvällä teholla vielä täydempäänkin akkuun.

Tässä testissä ei pyydetty tavoittelemaan maksimilataustehoa, mutta sähköutoilijat tietäen aavistin monen pyrkivän siihen. Testipäivänä näimmekin jopa 222 kW:n lataustehoa, mikä on huikea taso verrattuna muutaman vuoden takaisiin parhaisiinkin autoihin.

Testipäivänä joutui todelliseen hellepäivän koeponnistukseen myös ABC-lataus ABC Piihovin latauskenttä. Asemalla on 600 kW:n DC-kokonaisteho, mikä jaetaan dynaamisesti kuudelle latauspisteelle. Laskennallisesti siis vielä kolme yhtä aikaa lataavaa 200 kW:n lataustehoa tai jos joku lataa vähemmän, saa toinen enemmän. Jos kaikki latauspisteet ovat täynnä ja kaikki kuusi autoa pyytävät täyttä lataustehoa, riittää jokaiselle lataavalle autolle tasaisesti jakautuen 100 kW:n latausteho, mutta yleisimmin osa autoista jo pyytää vähemmän tehoa ja joku toinen saa jopa yli 200 kW. Tällä asemalla on myös adaptiivinen jännite, eli millä tahansa kuudesta latauspisteestä saa 400V sekä 800V jännitteen autot parasta lataustehoa mikäli vain vapaana oleva kokonaisteho riittää. Testipäivänä oli jo ennalta odotetusti myös muita asiakkaita runsaasti ja testaajamme joutuivat hetken jonottamaan vuoroaan. Muutamalle autolle, kuten Tesla Model X Plaidin, Kia EV6:n, Mokka e:n ja yhdelle VW ID.4:n latauskerralle tuli osaksi latauksen aikaa jaetun tehon tilanne. Esimerkiksi Kia EV6:den latauskäyrä kuitenkin osoittaa, että dynaaminen tehonjako sekä adaptiivinen jännite toimivat hienosti testipäivänä. Kuvassa alla Kia EV6:den latauskäyrä sekä vastaava latauskäyrä yhdeltä Ioniq5:den lataukselta. Ioniq5:den latauksessa auto rajoitti koko ajan. Tämä asema tarjoaa 375A latausvirtaa, joten autot, jotka käyttävät matalaa jännitettä, mutta hyödyntävät esimerkiksi 500A latausvirtaa, saavat tästä asemasta hieman leikattua tehoa.

Suurteholatauksen tehokkuudella on merkitystä etenkin, jos sähköautoilija tekee usein huomattavan pitkiä päiväsiirtymiä, eli kahden tai useamman suurteholatauksen tarvitsevia matkoja. Käytännössä näistä autoista nopeimmat lataavat aina suurteholatauksessa nopeammin, kuin kuljettaja ehtii edes käydä ostamassa kahvia ja evästä mukaan. Vessassa ei enää ehdi käydä, jos lisämatkan tarve on esimerkiksi enää 100 km. Hitaammin lataavien kanssa taasen on hyvä varata enemmän aikaa rauhoittua ja energisoitua itse latauksien aikana.

Lataustehojen kuvaajassa näkyy latauskertakohtaisesti autojen suurteholatauksen keskiteho (ladattu energia / sähkönsiirron kesto min x 60 = latauksen keskiteho kW). Sähköauton suurteholatauksen keskitehon toteutumiseen liittyy erittäin olennaisesti akuston varaustason väli, jolla lataus tehdään. Siksi olen ne ydistänyt samaan kuvaajaan. Olen myös lisännyt kuvaan tiedon tiedossani olevista latauskerroista, jolloin asema rajoitti lataustehoa. Näitä tuloksia ei voi yleistää toteutuvaksi lataustehoksi suoraan muissa tilanteissa edes samoilla autoilla.

100 km kesäisen moottoritieajon toimintamatkaa jopa 7 minuutissa

Sähköautoilijana minulta kysytään usein edelleen, että kuinka kauan tuon lataaminen kestää. Usein nykyisin kysymyksessä on taustalla aito kiinnostus, mutta valitettavasti toisinaan edelleen kuulee ivallisen sävyn, jossa odotetaan vastaukseksi jotain tunneista päiviin. Tuohon kysymykseen vastaan usein: "tällä kertaa viisi minuuttia", tai muuta vastaavaa. Aiheesta aidosti kiinnostunut kysyy lisää ja ivailija mutisee poistuen takaviistoon.

Sähköauton lataamiseen käytetty aika nimittäin on niin erilainen käsite, kuin mitä on polttoaineen tankkaamiseen käytetty aika. Normaalisti sähköauto latautuu itsestään parkissa ollessaan yön tai työpäivän tai muun vastaavan aikana. Matkoilla, kun ajetaan enemmän kuin yhden akullisen toimintamatkan päähän, tulee mukaan kuvioon kysymys, kuinka kauan suurteholataus kestää. Silloinkin vastaus on matkasta riipuvainen. Esimerkiksi jos auton toimintamatka kesäisellä moottoritiellä on 327 km ja on päästävä 400 km päähän, on vastaus kysymykseen latauksen kestosta Ioniq5:den ja tämän testin olosuhteiden tapauksessa alle seitsemän minuuttia. Tätä testiä vastaavalla matkalla esimerkiksi Kona 64 kWh tarvitsee hieman reilun 22 minuuttia latausta. Ja nämä esimerkit siis olivat tämän testin kulutusten ja kelin mukaan.

Kuvaajassa latauskerroittain autojen tarvitsema latausaika saadakseen 100 km lisää toimintamatkaa. Laskennassa tämän testikerran kulutus ja latauksen keskiteho. Kyllä tässä kuvaajassa 800V autot nousevat omaan sarjaansa. Pienempiakkuiset jäävät enimmäkseen häntäpäähän.

Testikerran kulutuksella laskennallinen moottoritieajon toimintamatka

Sähköautoille ilmoitetaan WLTP-toimintamatka, josta haluan kerrata sen verran, että kyseessä ei ole mikään kenenkään lupaus toimintamatkasta, vaan tarkoin määritellyn WLTP-menetelmän mukaan mitattu toimintamatka. WLTP-toimintammatka lasketaan aina ajonaikaisen kulutuksen ja auton akuston nettokapasiteetin mukaan. Se voi toteutua ja itsellä on toteutunutkin kaikilla autoilla WLTP-testiä vastaavissa olosuhteissa.

Suomalainen moottoritieajo kesälläkin on kuitenkin aivan muunlainen olosuhde, kuin WLTP:ssä on määritelty. Siksi palaan alussa kirjoittamaani FLTP-testin hienouteen. Tutustukaa siihen mikäli aihe kiinnostaa. Tässä testissä kuitenkin saimme myös näillä yksittäisillä ajokerroilla laskennallisesti toteutuvan toimintamatkan selville.

Laskennalliset toimintamatkat tietenkin muodostuvat testikerran kulutuksen ja ko auton akuston nettokapasiteetin mukaan.

Yhteenveto

Tämä testipäivä tuotti sen tuloksen, mitä lähdin hakemaan ja sivutuotteena useita kiinnostavia tietoja. Tuloksiin pitää suhtautua pienen otannan johdosta suuntaa-antavina ja vähintään ymmärtäen tapauskohtainen luonne. Sain ennen tilaisuutta useita harmittelevia viestejä, kun tapahtuma on arkipäivänä ja keskellä päivää. Päivän aikana sain myös useamman toiveen, että tämän voisi järjestää uudelleen esimerkiksi talvella. Itseänikin kiinnostaisi kovasti talvinen uudelleen järjestäminen. Tämän tilaisuuden luonne on niin suurta tarkkuutta vaativa, että nyt tiedän kokemuspohjaisestikin tarvittavan henkilökohtaisesti opastettu aloitusta ja lopetusta sekä erillisiä kirjureita. Eli testaajaporukasta pitäisi löytyä vähintään neljä vapaaehtoista auttajaa tilaisuuden toteuttamiseen, jotta saisimme esimerkiksi 20 - 30 autolta datat luotettavasti kerättyä. Palaamme ehkä asiaan myöhemmin. Kuitenkin tätä menetelmää pystyy kuka tahansa käyttämään myös omatoimisesti.