Audi e-tron latauksessa K-lataus

Sähköauton akun kapasiteetti, ajomatka ja latausnopeus

Sähköauton ja pistokehybridin akkujen koot vaihtelevat, samoin latausajat. Muutama peukalosääntö, miten laskea kilowattitunnit ja miten kauan lataus kestää.

Kun olin auto-ostoksilla, taisin kysyä automyyjältäni muutamaankin otteeseen, mikä on plug-in-hybridin akun latausnopeus. Akun kapasiteettia en osannut kysyä ollenkaan. En oikein saanut vastausta, joka olisi auttanut hahmottamaan asiaa. Puhuttiin jostain tunneista, mutta ei ollut selvää, mistä latausajan erot oikein syntyvät. Nyt oma kysymykseni hymyilyttää (ja tietämättömyyteni kauhistuttaa). Oikea vastaushan on: “Se vähän riippuu.” Onneksi Tesla-ostoksilla pari vuotta myöhemmin olin jo vähän viisaampi.

Näistä se akun latausnopeus sitten riippuu:

  1. Oman akun kapasiteetista – mitä isompi akku, sitä kauemmin kestää ladata;
  2. Oman latauskaapelin kapasiteetista;
  3. Miten tyhjä akku on latauksen alkaessa;
  4. Auton omasta laturista;
  5. Millainen latauspiste on tarjolla.
Volkswagen ID:4 latauksessa ABC Latauksessa.
Volkswagen ID:4 latauksessa ABC Latauksessa.

Auton akun kapasiteetti ja miten pitkälle sillä ajaa

Akun kapasiteetti kertoo, miten paljon kilowattitunteja on tarjolla. Kilowattitunneista voi sitten päätellä, miten pitkälle akulla ajaa. Useimmat meistä tietävät, miten monta litraa on paljon tai vähän 100 kilometrin kulutuksessa. Mutta miten monta kilowattituntia kuluu 100 kilometrillä? Vaikka vastaus tähänkin tietenkin on, että “it depends”, voi siitä jotakin sanoa.

Jos on iso ja tehokas täyssähköauto, esim. Audi e-tron, jonka akun kapasiteetti on 100 kWh, sillä voi ajaa 400 kilometriä, jos auto kuluttaa 25 kWh/100 km. Pienempi, kevyempi ja vähätehoisempi tietenkin kuluttaa vähemmän. Jos hankit täyssähköauton, jonka akun kapasiteetti on 40 kWh ja sen kulutus on 15 kWh/100km, ajat sillä 260 kilometriä. Renault Zoe väittää, että sen 40 kWh:n akulla ajaisi 400 kilometriä, mutta se taitaa olla mittausoptimointia. Todelliseksi ajomatkaksi sitten kuitenkin ilmoitetaan n. 300 kilometriä, joka vastaisi 13,3 kWh:n kulutusta sadalla.

Pistokehybridien akkujen kapasiteetit ovat olleet tyypillisesti alle 10 kWh, vuonna 2020 uusissa malleissa tosin koot ovat nousseet. Omassa vm 2016 mersussani akun kapasiteetti oli vain 6,38 kWh. Voin tunnustaa, että en tiennyt sitä ostaessani. Latausnopeus oli asia, joka kiinnosti, mutta ei oikein riittävästi. Näitä Mersuja myytäessä kerrotaan, että maksimiajokantama on 30 kilometriä. Kilowattituntimäärää ei tyypillisesti kerrota tai tiedetä eikä anneta osviittaa siitä, miten paljon kilowattitunteja satasella kuluu.

Itse en myöskään ole koskaan nuukaillut lämmön tai ilmastoinnin kanssa ja ne kuluttavat akkua. Kylmällä ilmalla pakkanen kurittaa akkua ja kantama puoliintuu, jos akku on kovin pieni. Isoakkuisessa täyssähkössä vaikutus ei ole niin dramaattinen.  Jotkut pistokehybridit esilämmitetään/-jäähdytetään ajoakun voimin, joten sekin vähentää sähköistä ajomatkaa. Joissakin hybrideissä esilämmitys-jäähdytys hoidetaan polttoaineella, jolloin ajoakkua säästyy. Täyssähköissä tietenkin akku hoitaa kaiken, koska bensatankkia ei ole.

Regenerointi

Kaikki sähköautot generoivat sähköä ajon aikanakin. Kesällä 2018 ajoin Salosta Helsinkiin 156 kilometriä plug-in-hybridillä eikä akussa ollut lähtiessä yhtään virtaa, kun mökkioloissa en saanut sitä ladattua. Ajon aikana ajoakku kuitenkin avitti 53 kilometrin verran. Se oli aika paljon, mikä ehkä johtui mäkisestä reitistä. Tasaisella moottoritiellä 120 kilometrin nopeudella regenerointia ei juuri tapahdu.

Latausnopeuden laskeminen

Eli siis akun kapasiteetti nykytekniikoilla on tarjolla olevissa malleissa jotain 6:n ja 100:n kWh:n välillä. Aika iso ero, joten latausajoissa on iso vaihteluväli myös. Miten voi tietää, mikä latausnopeus on? Tehon kaava on seuraava:

VIRTA x JÄNNITE = TEHO

Yhtälön kohtaan VIRTA laitetaan siis ampeerien määrä, kohtaan JÄNNITE tulee voltit ja saadaan TEHO eli kilowatit. Suomessa jännite on 230 V ja jos otat virtaa pistokkeesta, josta saa 8 ampeeria virtaa, tulee kilowatteja seuraavasti:

230 V x 8 A = 1840 wattia eli 1,84 kilowattia

Tunnissa siis tuollaisesta pistokkeesta latautuu 1,84 kilowattituntia. Vanhan autoni ajoakun maksimi oli 6,38, johon käytännössä se enimmillään lataa 5,5 kilowattituntia. Jos siis lataan sen tavallisesta kotitalouspistokkeesta, lataus kestää: 5,5 kWh : 1,84 kW = 3 tuntia.

Latauspisteen teho

Latauspisteen teho vaikuttaa olennaisesti latausaikaan. Edellisen kappaleen esimerkissä laskettiin latausnopeutta olettaen, että auto ladataan normaalista sukopistokkeesta, eli esim. lämpötolpan pistokkeesta. Oletetaan, että menet kauppakeskukseen latauspisteeseen, jossa voit ladata käyttäen Type 2-kaapelia. Kyseinen kaapeli tulee autoissa vakiona mukana. Laadukkaat Type 2 -latauskaapelit löydät myös Atonokselta. Latauspisteen tiedoissa saattaa lukea esim. seuraavaa: “16 A 1-vaihe”. Tarjolla on siis 16 ampeeria yksivaihesähköä.  Tyypillisesti mobiilisovelluksissa kerrotaan kilowattiluku, esim. 3,6 kW, joka vastaa samaa kuin “16 A 1-vaihe”.  Kun lasketaan edellistä esimerkkiä uusiksi, näyttää tältä:

  • 230 V x 16 A = 3680 wattia eli 3,68 kilowattia
  • 6 kWh : 3,68 kW = 1,6 tuntia (1 tunti 40 minuuttia)

Nyt siis autoni akun latausaika on puoliintunut. Jos taas ajatellaan, että lataat sähköautoa, jossa on 40 kWh:n akku, menevät latausajat näin:

  • Vaihtoehto 1 (8 ampeeria):  40 kWh  : 1,84 kW = 21,7 tuntia
  • Vaihtoehto 2 (16 ampeeria) 40 kWh : 3,68 = 10,87 tuntia

Jos aikoo ladata Teslan 100 kWh:n akun pistorasiasta, siinä hetki  menee. Toisaalta kannattaa muistaa, että jos päivittäiset ajokilometrisi ovat alle 100, mikä lienee tilanne useimmilla, ei akkukaan ole finaalissa. Jos Teslalla töräyttää töihin ja takaisin, poikkeaa tarhassa ja ruokakaupassa ja kilometrejä on mennyt 50-60, ei siitä akusta ole kulunut kuin 10-15 kWh (ja pakkaskelillä enemmän). Silloin sen päivittäinen latausaika ei juurikaan poikkea plug-in-hybridistä, jolla on 10 kWh:n akku.

Hyundai Kona latauksessa
Hyundai Kona latauksessa

Kolmivaihesähkö

Monissa latauspisteissä on tarjolla kolmivaihesähköä. Edellisissä esimerkeissä oli vain yksivaihesähkö. Kolmivaihesähkö yhdistettynä isompiin ampeereihin antaa jo enemmän potkua lataukseen ja latausnopeus moninkertaistuu. Yksivaiheen ja kolmivaiheen ero ei aina ihmisille aukea paitsi tietenkin niille, jotka ovat sähköinsinöörejä tai -asentajia tai jotka ovat jo vuosia pyörineet sähköautojen parissa.

Itse ajattelen sitä niin, että kolmivaihe on vähän sama asia, kuin voisit laittaa puhelimesi kolmeen laturiin yhtäaikaa ja kolminkertaistaa sen latausnopeuden. Koska autoissa ei kuitenkaan ole kolmea töpselipaikkaa, vaiheet yhdistetään latauspisteeseen ja pisteestä kulkee vain yksi kaapeli autoon. Kaapelin pitää myös kyetä kuljettamaan jokaisesta vaiheesta sähköä autoon.

Suomalaisissa kodeissa jo sähkösaunat aiheuttavat sen, että kotitalouteen vaaditaan kolmivaihesähköä, jotta taloudesta ei sähkö katkea, kun perhe vihtoo saunan lauteilla. Muualla maailmassa kolmivaihesähkö kotitaloudessa on selkeästi harvinaisempaa.

Omassa autotallissani on latauspiste, joka antaa kolmivaihesähköä. Jokaiseen vaiheeseen tulee 16 ampeeria virtaa. Näin siitä voi siis saada virtaa:

  • Vaiheiden määrä x VIRTA (ampeerit) x JÄNNITE (voltit) = watit
  • 3 x 16 A  x 230 V = 11040 wattia eli 11,04 kW

Julkisissa pisteissä on tarjolla usein isompia ampeereja kuin kotilatauspisteessäni. Jos tarjolla on 32 ampeerin vaiheita, saa kilowatteja jo 22.

Auton laturin rajoitteet

Tuolla omalla latauspisteelläni saa 40 kWh:n akun täyteen alle neljässä tunnissa (40 kWh : 11,04 kW = 3,6 h) ja Teslan 75 kWh:n akku täyttyy yhdessä yössä. Teoriassa siis vanhan  plugarini pieni akku olisi latautunut reilussa puolessa tunnissa (6 kWh : 11,04 kW = 0,54 h). Mutta se ei kuitenkaan lataudu.

Tässä tulee auton laturin oma rajoite vastaan eikä latausnopeus automaattisesti kasva latauspisteen tehon kasvaessa. Vanha mersuni pystyi ottamaan vain 16 ampeerin yksivaihesähköä, joten maksimi oli aina tuo 3,68 kW riippumatta siitä, mitä on tarjolla.

Täyssähköautot sen sijaan usein osaavat ottaa kolmivaihesähköä olkoonkin, ettei sekään ole taattu asia. Kaikki täyssähköt eivät kuitenkaan pysty ottamaan vastaan 22 kilowattia tunnissa, mutta mielenkiintoisesti pieni Renault Zoe pystyy siihen. Sen sijaan Mersun sähköinen B-sarjalainen, jonka valmistus on lopetettu, ottaa maksimissaan 11 kilowattia. Teslat osaavat myös ravita itseään kolmivaihesähköstä. Nykyinen Tesla Model 3:seni osaa myös ottaa kolmesta vaiheesta, mutta vain 16 ampeeria kustakin eli 11 kW:n teholla.

Jaguar iPace osaa ottaa Type2-latauksessa vain 32 ampeerin 1-vaihesähköä. Tilannetta tosin tasapainottaa se, että Jagge – niin kuin muutkin täyssähköautot – pystyy hyödyntämään pikalatauspisteitä, jolloin se pystyy imuroimaan kilowattitunteja moninkertaisella nopeudella.

Latauskaapelin vaikutus

Suomessa on suositus (SFS-EN 62752 –standardi), että tavallisesta pistokkeesta ladattaessa maksimissaan ladataan 8 ampeerilla. Jos on tarjolla ns. vahvistettu sukopistoke, siitä voi ottaa 16 ampeerin virtaa. Tällaisia tarjoaa esim. Tehomen ja Parkkisähkö.

Mutta yleisesti niin hybridiautoissa kuin täyssähköissä tulee mukana sukopistokkeisiin sopiva latausjohto, joka rajoittaa maksimissaan 8 ampeeriin. Tämä vaihtelee automerkeittäin. Joillakin voi olla mukana latauskaapeli, jossa voi nostaa virtaa 10 tai 12 ampeeriin (esim. Volvon lataushybridissä). Uusissa autoissa ei taida näin enää olla, mutta ennen suosituksen voimaantuloa myydyissä autoissa on usein säädettävä teho noissa sukolatureissa.

Lain vaatimus tuo 8 ampeeria ei ole, mutta ehkä suositus jonkun mutkan kautta on lain tavalla sitova. Järkevä suositus se kuitenkin on, jos ei ole vahvistettua sukopistoketta asennettuna. TUKES myös suosittelee tätä. Kätevä tapa kuitenkin esim. vakuutusyhtiölle vedota tällaiseen, jos jotain sattuu ja korvausvelvollisuutta arvioidaan, joten suositusta on hyvä noudattaa.

Sen sijaan Type 2 -kaapeli yleensä mahdollistaa myös kolmivaihesähkölatauksen, jos vain autosi laturi pystyy sitä vastaanottamaan. Lukijapalautteen mukaan näissäkään kaapeleissa kolmivaihesähkö ei ole aina mahdollista. Type 2 -kaapeli on hyvin yleinen, mutta sähköautoissa on vaihtelua, mitä kaapelia käytetään.

Hybridiauton akun lataus latausnopeus
Tässä latauskaapeli, jonka voi kiinnittää tavalliseen pistokkeeseen.
Mennekes-kaapeli, kutsutaan myös Type 2-kaapeliksi. Mennekes tulee kaapelin kehittäneen tehtaan nimestä.

Pikalataus

Jos lueskelee artikkeleita sähköautojen latauksesta muutaman vuoden takaa, niissäkin saatettiin kirjoitella plug-in-hybridien pikalatauksesta. Latausnopeus oli aika vaikeasti hahmotettava asia vielä silloin toimittajillekin, nyt jo paljon enemmän tietoa ja kokemusta. Tosiasiassa historiassa vain yksi plugari pystyi ottamaan pikalatausta vastaan (Mitsubishi Outlander), joten yleensä pikalatauksesta puhuminen oli aika turhaa plugarien kohdalla. Tämäkin on muuttumassa. Ainakin joihinkin Mersun plugareihin, joissa on iso akku, voi tilata lisävarusteena pikalatauksen.

Sen sijaan täyssähköille se on hyvinkin relevantti keskustelu. Teslalla on oma standardinsa pikalataukseen, Tesla Supercharger, johon on Tesla Model 3:sen myötä lisätty CCS-lataus. Aasialaiset käyttävät CHAdeMO-standardia (esim. Nissan Leaf, Mitsubishi PHEV)  ja eurooppalaiset CCS-standardia (esim. Jaguar i-Pace, Tesla Model3). Näitä pikalatauspisteitä on vielä Suomessa harvakseltaan, vaikka määrä lisääntyy koko ajan.

CHAdeMO tulee sanoista Charge de Move, CCS sanoista Combined Charging System. Niissä ei käytetä vaihtovirtaa (AC = alternating current), vaan tasavirtaa (DC = direct current). Tasavirta on ilmeisesti teknisesti jollain tavalla ylivoimainen ja sillä saadaan nopeaa tehonsyöttöä esim. sähköauton lataukseen. Koska en ole sähköinsinööri, matemaatikko tai fyysikko, en yritä selittää niiden eroja. Tulisi vain asiavirheitä.

Mitsubishi Outlanderin töpselipaikat. Oikealla CHAdeMO. Kuva: Mitsubishi Motors.

Pikalatauksen latausnopeus on ihan muuta toista. Pikalatauksella voisi saada aikaan jopa satojen kilowattien latausnopeuden tunnissa, jolloin isonkin täyssähkön akun saisi täyteen minuuteissa. Tällä hetkellä Suomen teillä on pikalatureita, jotka tarjoavat 50 kilowattia tunnissa. Suomen ensimmäinen hypercharger, josta saa 150 kWh:ta tunnissa, löytyy Lohjalta, kirjoitus täällä. Sittemmin Suomeen on asennettu 350 kW:n Ionity-latauspisteitä K-latauksen verkkoon.

Jos mietityttää sähköauton akun pärjääminen pakkasessa, Oikosulku-blogissa on hyvä kirjoitus aiheesta. Pistokehybrideissä akut ovat niin pieniä, että talvipakkasella lämmitys syö akkua prosentuaalisesti tietenkin paljon enemmän kuin täyssähköistä. Joissakin pistokehybrideissä asia on ratkaistu siten, että lämmitys hoidetaan aina polttoaineella, jolloin ajoakkua säästyy ajoon. Se voi olla myös kokonaistaloudellisen tehokkuuden kannalta järkevää.

Yhteenveto

Jos siis pääset latailemaan laitteelle, joka lupaa 22 kW tunnissa, se ei tarkoita vielä, että plugarin 10 kWH:n akku latautuu täyteen puolessa tunnissa. Latauspisteen lisäksi asiaan vaikuttaa auton oma laturi, jopa latauskaapeli sekä tietenkin se, miten tyhjä akku on. Plugarin akku on muuten aina tyhjä, sen verran olen havainnut (tai oli ainakin ennen vanhaan, uusien autojen myötä tämäkin muuttunut, kuten koeajo Mercedes-Benz A250e:llä osoitti).

Lataus hidastuu aina loppua kohti, joten nuo laskentakaavat antavat viitteellisen aikatuloksen. Esimerkiksi Teslan pikalatauksessa 70%:n kohdalla latausnopeus alkaa hidastua merkittävästi, mutta Audi e-tronissa hidastuminen on maltillisempaa, mutta voi kuluttaa ajan saatossa akkua enemmän. Latauksessa syntyy myös häviötä.

Asiointilataus on nimenomaan plugarin omistajalle tärkeää, koska akku huutaa hoosiannaa koko ajan. Täyssähkö on päivittäisessä lyhyessä ajossa aika vaivaton, kun sitä ei tarvitse usein latailla.

Jos sitten kiinnostaa taloyhtiön latausasiat, käy lukemassa aiheesta täältä.

Leppoisia latailuja!

Päivitetty elokuussa 2020 ja maaliskuussa 2021, lisätty linkkejä koeajokirjoituksiin, päivitetty tietoja omasta autosta ja pikalatauspisteistä.