Sähköauton kulutus ja siihen vaikuttavat tekijät

Sähköautojen kulutus herättää keskustelua. Monelle tulee yllätyksenä, ettei autolla pääsekään valmistajan ilmoittamaa matkaa – vaikka kukaan ei ihmettele kun yksikään polttomoottoriauto ei normaaliajossa lunasta valmistajan lupauksia. Tässä jutussa valotetaan ensin miksi näin on tutustumalla WLTP-normiin. Sen jälkeen käydään läpi kaksi tärkeintä sähköauton kulutukseen vaikuttavaa tekijää: auton massa ja ilmanvastus. Kolmas merkittävä tekijä eli renkaiden vierintävastus jätetään jonkun tulevan jutun aiheeksi.

Mikä on WLTP-standardi

WLTP on lyhenne sanoista Worldwide harmonised Light vehicle Test Prodecure, joka suomeksi tarkoittaa maailmanlaajuista yhdenmukaistettua kevyiden ajoneuvojen testimenettelyä. WLTP on korvasi EU:n alueella aiemman NEDC-standardin (NEDC = New European Driving Cycle) vuoden 2019 alussa, jonka jälkeen kulutustiedot on ilmoitettu WLTP-normin mukaisina. Vastaavasti WLTP on korvannut myös Yhdysvalloissa käytettyn EPA-normin.

WLTP-testi kuvaa lupausten mukaan tavallista ajoa. Testijakso jakautuu neljään osaan, jotka vaihtelevat hitaan kaupunkiajon ja moottoritieajon välillä. Yli puolet testistä on kaupunkiajoa, ja keskinopeus on 46,5 km/h. Maksiminopeus testissä on 130 km/h, mutta yli 120 km/h nopeutta ajetaan vain pari minuuttia.

WLTP normin ajosykli muodostuu neljästä eri setistä, joissa huippunopeudet käyvät 60, 80, 100 ja 130 huipuissa. Testi kuvaa parhaiten kaupunkiajoa, joten kun sähköautolla lataa menemään rajoitusnopeuksilla kohti mummolaa, on kulutus paljon korkeampaa kuin mitä normikulutus antaa olettaa. Normi on vain normi, ja se kuvaa sitä vähemmän todellisuutta mitä suurempi osa omasta ajosuoritteesta tapahtuu maantie- tai moottoritienopeuksilla. KUVA: Wikimedia commons

Testisyklin perusteella mitatun kulutuksen perusteella määritellään myös sähköauton kantama eli range. Kulutus pätee tietenkin vain testin mukaisella ajolla, joten vain taajamassa pysytellen kulutus pienenee, ja vastaavasti noepassa maantieajossa kulutus nousee. Tavallisessa matka-ajossa, jossa nopeus vaihtelee 80-120 km/h välillä, ei mitenkään voi päästä testin mukaiseen, pääosin kaupunkiajoa kuvaavaan kulutukseen, joten maksimi ajomatka jää väkisin mittauksen ilmoittamasta tuloksesta.





Lisäys 5.9.2021 (Kiitos Sähköautoileva motoristi!): WLTP-kulutuksessa on laskettu mukaan auton sisäisen laturin lataushäviöt, mutta WLTP toimintamatkaa laskiessa taas mukana ei ole häviöitä. Siis WLTP kulutus on eri luku kuin mitä WLTP rangen ja akun koon mukaan laskien saa tulokseksi. Ihanan monimutkaista!

Pelkässä kaupunkiajossa vastaavasti on helppoa alittaa normikulutus. Ja kun WLTP-kokeessa hyödynnetään auton regenerointia, muttei rullausta, on normikulutus mahdollista alittaa reilustikin. Taloudellisuusajokilpailuissa ajetaan jopa neljänneksen alle normikulutuksen, mutta nopeudet ovat niin matalia ettei samaan voi normaalioloissa päästä muuta liikennettä häiritsemättä.

Tyyliniekka - Sähköauton kulutus - Pohjat
Ennätystulokseni Tesla Model X:llä on 15 kWh/100 km kulutus, joka syntyi Lahnajärven Pattericruisingin taloudellisuuskisassa. Lukema voi naurattaa miikuskeja, mutta iso auto kuluttaa väkisin pientä enemmän. Normaaliliikenteessä ei tähän kulutukseen pääse muuta liikennettä häiritsemättä. KUVA: Joose Luukkanen

Massa ratkaisee taajamassa

Kaupunkiajossa ratkaiseva tekijä kulutuksen kannalta on ajoneuvon massa. Suuren massan liikuttaminen vaatii energiaa enemmän kuin pienen, joten nykivässä kaupunkiajossa keveät sähköautot ovat etulyöntiasemassa. Nopeuksien pysyessä matalina ilmanvastuksella eli auton aerodynamiikalla ei ole käytännön merkitystä, joten tiiliskiven muotoinen autokin kulkee pienellä kulutuksella jos se on kevyt.

Painavien pyörien kiihdyttäminen vie sekin energiaa. Suuret mörkövanteet lisäävät kulutusta erityisesti nykivässä kaupunkiajossa pienempiin pyöriin verrattuna.

Tyyliniekka - Sähköauton kulutus - Sähköauton massa
Sähköautojen massoja keveimmästä painavimpaan. Tauluko datan on kerännyt pääosin Jari Sulkanen, muutamat lisäykset, muotoilu ja kaikki virheet Joose Luukkanen. Hyundai Konan otsapinta-ala on arvio.

Kevyimmätkin sähköautot painavat raskaista akuista johtuen yli tonnin. Piikkipaikalla on VW-konsernin tripletti e-Up/Mii/Citigo, joissa tyhjäpaino on n. 1250 kg. Muita alle puolentoista tonnin autoja ovat esimerkiksi BMW i3 ja vanhan mallin Hyundai Ioniq. Rajan yläpuolelle jäävät Peugeot e-208, VW e-Golf, Nissan Leaf ja Tesla Model 3.

Kahden tonnin rajapyykillä käy kuhina. Kia e-Niro, Hyundai Kona ja VW ID.3 jäävät rajan alle, Tesla Model Y painaa tasan kaksi tonnia, ja MB EQA 250, VW ID.4 sekä Jaguar I-Pace menevät hieman yli. Alumiinikorin ansiosta Tesla Model S on kohtuullisen kevyt, ja sen paino menee akkukoosta riippuen niukin naukin alle kahden tonnin tai 100 kWh paketilla 200 kg yli.

Tyyliniekka koeajo ID.3. - takakulma
Volkswagen ID.3 on massaltaan sähköauton keskitasoa. KUVA: Joose Luukkanen

Muita sähköautoja 2200-2300 kg haarukassa ovat Audi E-Tron GT, Volvo XC40, BMW ix3 ja Porsche Taycan. Kahden ja puolen tonnin möhköfanttiosastoon kuuluvat kaikkein suurimmat SUV-koppaiset sähkärit, eli Audi E-Tron, Mercedes EQC ja Tesla Model X. Myös tuleva MB EQS menee 2,5 tonnin kokoluokkaan.

Taajamassa massa ratkaisee. Jos laittaa rinnakkain Seat Miin ja tuplasti painavamman MB EQC:n, voi päätellä Miin selviävän noin puolella siitä sähköstä mitä isompi tarvitsee. Etsiessä energiatehokasta ajoneuvoa pääosin taajama-ajoon, on valinta mahdollisimman pieni sähköauto.

Jokamies Audi E-tron koeajo
Audi E-tron painaa tuplasti sen mitä VW e-Up. Kaupunkikulutuskin on käytännössä kaksinkertainen. KUVA: Joose Luukkanen

Maantiellä ilmanvastus on tärkeintä

Nopeuden kasvaessa auton massan merkitys pienenee ja ilmanvastus nousee merkittävään rooliin. Kulutus alkaa nousta jyrkästi 80 km/h jälkeen, jolloin on turha kuvitella pääsevänsä lähellekään normikulutusta. Erityisesti moottoritiellä auton aerodynamiikka vaikuttaa merkittävästi kulutukseen.

Ilmanvastus kasvaa nopeuden mukaan. Kasvu ei ole suoraviivaista, vaan ilmanvastus vaikuttaa nopeuden neliössä. Nopeuden kaksinkertaistuessa 40 km/h kaupunkinopeudesta 80 km/h maantienopeuteen, ilmanvastus nelinkertaistuu (2^2 = 4). Kun nopeutta nostetaan edelleen 120 km/h moottoritienopeuteen, ilmanvastus on yhdeksänkertainen (3^2) taajamanopeuteen nähden. Mikäli ajaa autobahnalla 160 km/h, nousee ilmanvastus peräti 16 kertaiseksi (4^2) kaupunkiajoon verrattuna.

Palataan hetkeksi WLTP-normiin, jossa puolet ajosta tapahtuu taajamassa ja vain pari minuuttia edetään moottoritienopeutta. Mikäli lähdet reissuun ja ensimmäinen tunti mennään moottoritietä, jossa ilmanvastus on 9-kertainen kaupunkikulutukseen nähden, niin on päivänselvää, että kulutus on ihan jotain muuta kuin mitä WLTP-normi kertoo. Älä missään nimessä mitoita ajojasi WLTP-normikulutuksen mukaan jos ajat paljon moottoritietä!

Tyyliniekka - Sähköauton kulutus - Mercedes EQS
Mercedes EQS menee nykyautojen piikkipaikalle ilmanvastuksen suhteen. Huomaa linjakkaan korin lisäksi umpinaiset vanteet joista on myös apua suurissa nopeuksissa. Autobahnalla pienetkin erot korostuvat! KUVA: Wikimedia commons

Ilmanvastusta syntyy auton ilmanvastuskertoimen (Cd) ja auton otsapinta-alan (A) tulona (CdA). Mitä sulavalinjaisempi auto, sitä pienempi on ilmanvastuskerroin. Mitä pienempi auto, sen pienempi otsa-pinta-ala on. Koska kyseessä on tulo, ei autoja voi laittaa paremmuusjärjestykseen vain toista lukua tuijottamalla!

Tyyliniekka - Sähköauton kulutus - Ilmanvastus
Sähköautojen ilmanvastus pienimmästä suurimpaan. Keulilla on kenties yllättäen ysäriklassikko GM EV1! Taulukon datan on kerännyt pääosin Jari Sulkanen, muutamat lisäykset, muotoilu ja kaikki virheet Joose Luukkanen. Hyundai Konan otsapinta-ala on arvio.

Pienimmät ilmanvastukset (CdA) liikkuvat arvon 0,50 hujakoilla. Nykymalleista keulilla ovat Tesla Model 3 ja Porsche Taycan arvolla 0,51. Edelliskoppainen Hyundai Ioniq saa lukemakseen 0,52, ja Tesla Model S sekä Audi E-tron GT arvon 0,56. Myös e-Golfin 0,59 menee karvan alle 0,60 rajan. Tuleva MB EQS on tekemässä pohjat 0,50 lukemilla. Historialliset pohjat on muuten tehnyt GM:n pioneerimalli EV1, jonka ilmanvastus jäi vain 0,37 lukemiin!

Tyyliniekka - Sähköauton kulutus - GM EV1
GM EV1 oli kevyt ja ennenkaikkea ilmanvastukseltaan erinomainen sähköautoilun uranuurtaja. Vuoden 2021 paras sähköautoverrokki, MB EQS on ilmanvastukseltaan peräti 35% kehnompi kuin vuoden 1996 EV1! KUVA: Wikimedia commons

Suurin osa sähköautoista sijoittuu 0,65-0,70 välille. Yllättävää on ID.3:n ja ID.4:n iso ero (0,64 vs. 0,72), ja molempien kohtuullisen korkea ilmanvastuskerroin, kun molemmat mallit on vartavasten suunniteltu täyssähköisiksi. Samoin BMW i3:n tulos 0,69 jää yllättävän kehnoksi – mutta toisaalta kyseessä on kaupunkiauto joka ei ajo-ominaisuuksienkaan puolesta ole kotonaan maantiellä. Jaguar I-Pace ja Audi E-Tron suv ovat ilmanvastukseltaan keskitasoa (0,70).

Polttomoottorimalleista konvertoitujen sähköautojen tulokset ovat korkean keulan vuoksi poikkeuksetta kehnoja. Esimerkiksi koriltaan pienehköt Kia e-Niro (0,68), Hyundai Kona (0,70) ja Peugeot e-208 (0,65) eivät ole mitään säästökukkaroita suurilla nopeuksilla. Ja olisitko arvannut, että pikkuruisen VW e-Upin ilmanvastus (0,66) on suurempi kuin jättikokoisen Tesla Model X:n (0,65)!

Listan häntäpäässä tulee yllätyksiä. Ison Mercedes EQC:n 0,73 ilmanvastus ei ole yllätys, mutta sama tulos Nissan Leafilta on. Mersua pienempien suvien, BMW ix3:n (0,77) ja Volvo XC40:n (0,87) suoritus sen sijaan on kehnonpuoleinen. Volvon suoristusta voisi kuvata jopa surkeaksi, koska jumbosija tulee niin suurella erolla. En enää mieti, miksi Volvon koeajolla rangemittari surisi hurjaa vauhtia alaspäin jo lyhyellä moottoritiesiirtymällä.

Tyyliniekka - Volvo XC40 Recharge koeajo - vertailu Model X
Suuren Model X:n ilmanvastus on linjakkaan korin ansiosta parempi kuin pienemmässä Volvo XC40 Rechargessa. Huomaa Volvon korkea ja tylppä keula verrattuna X:n sulavampiin linjoihin – Volvon laatikkomainen muoto rankaisee matkanopeuden noustessa ja etenkin moottoritiekulutus on karmiva. KUVA: Joose Luukkanen

Sopivan sähköauton valinta taajama-ajoon

Pelkkään taajama-ajoon auton valinta on helppoa: valitse tilojen puolesta itselle sopiva peli ja varmista, että akku on riittävän iso päivittäisiin pyörityksiin. Jos haluat olla ekologinen, niin mahdollisimman kevyt auto kuluttaa vähän, jolloin myös sähkölasku pysyy pienenä. Tosin rehellisyyden nimissä pitää sanoa, että jos kakkosautolla pyöritään muutama tuhat kilometriä vuodessa, jää käyttökustannusten osuus kokonaisuuden kannalta mitättömäksi esimerkiksi arvonalenemaan suhteutettuna. Kun vertailussa on pihi pikkuauto 12 kWh/100km kulutuksella tai iso suv 22 kWh/100km kulutuksella, tulee 7000 km ajomäärällä ja 12 c/kWh sähkönhinnalla vuotuisessa energiakustannuksessa alle satasen ero.

Minkä kokoisen akun tarvitsen?

Arjessa ajetaan usein pätkäajoa: aamulla töihin, töistä kotiin ja lopuksi kauppaan. Pätkäajossa kulutus nousee pikkuautoillakin suureksi, jos auto päivän aikana lämmitetään pakkasasteista plussalle aina ajoon lähtiessä. Vastaavasti kesällä auto kuumenee helteessä, jolloin ilmastointi nappaa hetkessä kilowattitunnin tai pari aina liikkeelle lähtiessä. Kulutus pitää siksi laskea 20 kWh tai mieluummin 25 kWh per 100 km mukaan.

Jos siis ajat arkiajoa alle 50 km, niin vaikka netin halvin Nissan Leaf 24 kWh akulla piisaa kyllä. 100 km kohdalla taas kaikki 30 kWh Leafista tai uudemman mallin Seat Miistä ylöspäin kelpaa. Vastaavasti 200 km keskimääräisellä ajolla pitää löytyä 50 kWh akku. Mikäli voit ladata työpaikalla, riittää puolet tästä. Ja muista miettiä perustorstain sijaan paljonko viikon kiireisimmän päivän ajot ovat: töihin, harrastuksiin, kauppaan, sähkärimiittiin ja sen päälle vielä pikku reservi!

Hyundai sähköautot
Hyundain Konan 40 kWh akku piisaa 150 km kaupunkipyöritykseen. KUVA: Joose Luukkanen

Entä maantieajo?

Maantieajosta koostuvan liikkumistarpeen ratkaisemiseksi kannattaa tuijottaa massan sijaan ilmanvastusta. Mitä suurempi osa omista ajoista tapahtuu yli 100 km/h nopeudella, sen tärkeämmäksi ilmanvastus nousee. Esimerkiksi omalla kohdallani edessä on joko moottoritietä tai vähintään 100 km/h rajoitusta minne ikinä lähdenkin, jolloin kriteerit ovat erilaiset kuin vain Kehä 3 sisällä pyörivällä.

Auton valinta maantieajoon vaatii myös auton latausnopeuden, akun jäähdytyksen ja sopivien laturien saatavuuden huomiointia. Kokonaisuus on useamman osan summa, joten tästä on parempi laatia oma juttunsa. Pistä Tyyliniekka seurantaan, niin saat jutun luettavaksi ensimmäisten joukossa!



7 KOMMENTIT

  1. Hieno katsaus kansaa puhuttavaan asiaan! Tästä perusteet kuntoon, niin kansan ymmärryskin kasvaisi.

    Jos jotain lisäsin, niin muutama verrokki polttiksen ilmanvastuksien tiedot ja vaikka verrokki ajot samoilla nopeusalueilla.

  2. “Kevyimmätkin sähköautot painavat raskaista akuista johtuen yli tonnin.”

    Henkilöautot nyt painavat nykyään järjestään yli tonnin mm. kolariturvallisuuden vaatimien vahvojen rakenteiden sekä törmäyksessä hallitusti kokoon puristuvien vyöhykkeiden vaatiman isompikokoisen korin vuoksi. Eivätkä ne ilmastoinnit, sähkölasit, äänieristykset ja muut nykypäivän itsestäänselvyydet painottomia ole.

    Akku on raskas, mutta sen vastapainona sähkömoottori on kevyt. Polttomoottoriauton moottori apulaitteineen ja vaihdelaatikkoineen painaa helposti saman verran kuin 500 km rangeen pystyvä akusto. Esimerkiksi C-sarjan mersu (W204) painaa varustelusta riippuen 1500-1800 kg. Vertailukelpoinen Teslan model 3 painaa 1600-1900 kg, eli alle 10% enemmän.

  3. Hyvä yhteenveto. Tässä vielä muutama käytännössä olennainen asia mausteeksi.

    Massa vaikuttaa kulutukseen kahta kautta. Ensimmäinen on vierinvastus. Jos samoille renkaille laitetaan 20 % lisää massaa päälle, vierinvastus kasvaa sen saman 20 %. Tässä kohdassa tietenkin renkaiden ominaisuudet (materiaali, kuviointi, leveys, paine) vaikuttavat varsin paljon.

    Tyypillisen renkaan vierinvastuskerroin kuivalla tiellä on noin 0,01. Tästä voidaan suhteellisen helposti laskea, että 1800 kg:n sähköautolla vierinvastus on nopeudesta riippumatta noin 180 N, joka sadan prosentin hyötysuhteella tarkoittaa noin 50 Wh/km. Tämä ei kuivalla riipu nopeudesta, mutta vesikelillä vierinvastus kasvaa huomattavasti, ja siinä vaiheessa se on epälineaarinen sekä massan että nopeuden suhteen. Loska on vielä ihan oma aineensa.

    Massan toinen vaikutus tulee jarrutushäviöistä. Kun autoa hidastetaan enemmän kuin mitä ilmanvastus ja vierinvastus sitä hidastavat (“vapaalla rullaaminen”), hidastus tehdään joko jarrulevyillä tai regeneroinnilla. Jarrulevyjä käytettäessä kaikki energia katoaa lämmöksi, regenillä saadaan tilanteesta riippuen 50–80 % talteen. Kummassakin tapauksessa saman hidastuksen aikaansaaminen hukkaa energiaa suoraan verrannollisena auton massaan. Tämän ilmiön vaikutus kilometrikulutukseen on vaikeasti arvioitavissa, koska se riippuu huomattavasti siitä, kuinka paljon autoa joudutaan hidastamaan. Aina kannattaa rullata, jos voi.

    Ilmanvastus on kolmas selkeä komponentti. Jos auton CdA on tuollainen tyypillinen 0,65 m2, ilmanvastusvoima on:

    40 km/h: 52 N (14 Wh/km)
    80 km/h: 207 N (58 Wh/km)
    120 km/h: 465 N (130 Wh/km)

    Näistä (ilmanvastus ja vierinvastus) voi tietenkin laskea auton teoreettisen minimikulutuksen ko. nopeuksilla:

    40 km/h: 65 Wh/km
    80 km/h: 108 Wh/km
    120 km/h: 180 Wh/km

    Käytännössä jo tehoelektroniikan ja moottorin häviöiden lisäksi tuohon pitää laittaa kymmenen prosenttia lisää. Ja niinhän se on, että aika vaikea sitä todellista 120 km/h:ta on ajaa alle 200 Wh/km juuri millään autolla. (Vierinvastuskertoimena käyttämäni 0,01 voi olla vähän yläkanttiin parhaille renkaille suomalaisillakin teillä.)

    Pienillä nopeuksilla kahden kulkuvastuksen teoria menee rikki siksi, että auto kuluttaa ihan omaan olemiseensa sähköä. Jos auton perussähkönkulutus on luokkaa 1 kW, siitä tulee neljässäkympissä noin 25 Wh/km, kahdeksassakympissä 13 Wh/km ja isolla vauhdilla 8 Wh/km. Tällä laskelmalla esimerkin auton (joka voisi olla vaikkapa ID.3) saisi menemään tasaista neljääkymppiä noin 100 Wh/km.

    Juuri tässä kohdassa tarjolla on kuitenkin talvisia yllätyksiä. Vaikkapa tuo yllä mainittu ID.3 on tunnettu siitä, että se lämmittää akkuaan erittäin isolla teholla. Joten jos ulkona on kylmä, ensimmäisen vartin verran voikin mennä 9 kW tehoa akun ja kabiinin lämmittämiseen. Tästä tulee lisää 40 km/h / 80 km/h / 120 km/h: 225 Wh/km / 113 Wh/km / 75 Wh/km. Lyhyessä kaupunkiajossa siis pelkkä auton lämmittely vie paljon enemmän sähköä kuin ajaminen.

    Akun lämmittämisellä ei ole niin suurta vaikutusta maantieajon rangeen, koska akku tulee kohtuullisen nopeasti lämpimäksi. Silloin kyse on vain esimerkiksi 3 kWh:n menetyksestä koko matkalla. Tästä syystä auton keskimääräinen kulutus ja range voivat olla aika eri asioita. Esimerkiksi omassa kaupunkipainotteisessa ajossani ID.3 on koko vuoden ajoissa huimasti syöpömpi kuin eGolf (jossa ei ole akuston lämmitystä), mutta mitä lujempaa maantiellä ajetaan, sitä pienempi ero on.

    • Mainioita laskelmia vähän kaikista kulutukseen vaikuttavista seikoista, kiitos!
      Talven tullen voisikin avata tarkemmin esim. tuota lämmityksen osuutta: kyllä siinä kuljettaja yllättyy, kun nopeuden lasku ei kovalla pakkasella autakaan pääsemään perille.

  4. Leafin huonoa tulosta voi selittää sekin, että tuossa näköjään on käytetty yli 10 vuotta vanhan leafin tietoja. 2019 Leafin cd on 0,28 ja tällä tulos muuttuu aika radikaalisti.

  5. Normaalissa tasaisessa työmatka-ajossa nopeudella 70-80km/h olen säännöllisesti päässyt polttomoottoriautollani alle valmistajan ilmoittaman kulutuksen. Sähköautolla se ei siis enää tule mitenkään onnistumaan? Harmi, sillä mahdollisimman taloudellinen ajaminen on ollut minulle eräänlainen harrastus. Koska asun maaseudulla ja muutenkin ajan varsin vähän kaupungissa, en saisi sähköautoa käytettyä optimaalisesti oikein mitenkään. Ellen sitten varaa työmatkaani kaksinkertaista aikaa ja köröttele neljää-viittäkymppiä, mikä ei tunnu oikein houkuttelevalta, vaikka muuta liikennettä se täällä hiljaisilla maaseututeillä tuskin haittaisikaan.
    Sähköautot ovat ominaisuuksiensa puolesta kaupunkiautoja kaikki.

JÄTÄ VASTAUS

Kirjoita kommenttisi!
Kirjoita nimesi tähän

Aihepiirin uusimmat

Tilaa Tyyliniekan uutiskirjeLähetämme sinulle koosteen uusimmista julkaisuistamme maanantaisin, keskiviikkoisin ja perjantaisin.

Lähetämme sinulle koosteen uusimmista julkaisuistamme maanantaisin, keskiviikkoisin ja perjantaisin. Tietojasi emme luovuta eteenpäin.