8.5.2021
Voltit ja ampeerit töihin | Sähköinen tulevaisuus

Sähköauto tarvitsee sähköä, ja iso akku alleviivaa tarvetta. Otetaan selvää, miten sähköä voi Enyaq iV:lle syöttää ja miten sitä käytetään autossa hyödyksi.

TEKSTI JUSSA NIEMINEN, KUVAT ESKO TUOMISTO JA ŠKODA AUTO

Sähköauton lataamisen kaksi päätapaa ovat esimerkiksi kotona tehtävä peruslataus ja etenkin pitkillä matkoilla hyödyllinen julkinen pikalataus. Siinä, missä bensiini- ja dieselautot tankataan huoltoasemalla, sähköauton lataaminen siellä voi olla harvinaista. Tänä päivänä noin 80 prosenttia energiasta ladataan kotona ja 20 prosenttia julkisissa latauspisteissä.

Matkatyöläisellä lataamisen tunnusluvut voivat toki mennä päinvastoinkin, mutta eroa entiseen tulee jo siitä, että vain osa pikalatureista sijaitsee huoltoasemilla. Lataamisen kulttuurin kehitys on vasta alkutaipaleellaan, joten nykysähköautoilijan tavat eivät välttämättä kerro kaikkea. Lataamisen tekniikka sen sijaan on jo pitkälti selvillä.

Kotilataus onnistuu 11 kilowatin teholla, jolloin ENYAQ iV 80 -mallin akku latautuu tyhjästä täyteen reilussa seitsemässä ja puolessa tunnissa.

Lataustavat kakkosesta neloseen

Sähköajoneuvojen lataamisessa puhutaan neljästä erilaisesta lataustavasta tai moodista (Mode). Lataustavan 1 (Mode 1) voi sähköautojen kohdalla sivuuttaa, sillä tämä kiinteään latausjohtoon perustuva lataustapa koskettaa lähinnä kevyitä ajoneuvoja kuten sähkömopoja.

Lataustapa 2 (Mode 2) tarkoittaa sähköauton lataamista tavallisesta yksivaiheisesta kotitalouspistorasiasta. Lataaminen onnistuu, mutta latausteho jää etenkin kaapelin virtarajan vuoksi matalaksi. Viikonloppuretkellä täyssähköauto saa tätä tapaa käyttäen viettää suurimman osan viikonlopusta latauksessa.

Lataustapa 3 (Mode 3) on niin sanottu sähköautojen normaalitehoinen lataus. Siinä latauskaapeli voi olla kiinteästi latausasemassa tai sitten sen molemmissa päissä on sähköauton lataamiseen tarkoitettu pistoke, eurooppalaisen standardin mukaisissa autoissa mallia Type 2.

Lataustavat 2 ja 3 käyttävät hyödyksi autoon sisäänrakennettua laturia, joka Enyaq iV:ssä on 11-kilowattinen. Se tarkoittaa kolmivaiheista latausta 16 ampeerin virralla. Tämä on maksimiteho, jolla vaihtovirtalatausta voi tehdä, mutta latausasema tai latausjohto voi rajata latausvirran tätä matalammaksi.

Suurimpiin lataustehoihin päästään lataustavassa 4 (Mode 4) eli pikalatauksessa. Tasavirtaa tuottavat pikalaturit ohittavat auton oman laturin, jolloin latausteho on yleensä paljon korkeampi. Enyaq iV:n normaali pikalatausteho on 50 kilowattia, mutta lisävarusteena teho on nostettavissa 100 kilowattiin tai jopa 125 kilowattiin valitun version mukaan.

Pikalatauksessakin teholukemat kertovat mahdollisesta huipputehosta, joka on käytettävissä matalalla akun varaustasolla. Kun latauksen alkuvaiheessa haettu akun nimellinen jännitetaso saavutetaan, latausvirtaa pudotetaan vähitellen tarpeen mukaan. Pikalataus on valmis ennen kuin ruokakauppa on kierretty tai taukopaikan antimet on huolella nautittu.

Suuri pikalatausteho on hyvä jo siksikin, että joidenkin pikalaturien hinnoittelu on aikaperusteista eikä energiaperusteista.

MEB-arkkitehtuuria käyttävässä autossa akselistot, moottorit ja akusto muodostavat rullalautamaisen rakenteen.

Kori päällä, sähköt alla

Enyaq iV perustuu Volkswagen-konsernissa yleisesti käytettyyn MEB-arkkitehtuuriin. Saksankielisistä sanoista koottu kirjainyhdistelmä tarkoittaa modulaarista sähköistä rakennussarjaa. Siihen pohjautuvat autot voivat olla eri mittaisia, ja niissä voi olla erilaisia osia, mutta osat löytävät autoa suunniteltaessa helposti paikkansa.

MEB-autoissa sähköinen voimalinja ripustetaan auton koriin alhaalta päin. Kokonaisuuteen kuuluu aina akku ja takamoottori sekä etu- ja taka-akselistot. Auto on normaalisti takavetoinen, mutta monista malleista, myös Enyaq iV:stä, tulee tarjolle nelivetomalli. Silloin etuakselillekin asennetaan sähkömoottori.

Akkuja saa kahdenkokoisena, jotka Enyaq iV:n mallinimissä erottuvat lukuina 60 ja 80. Tarkemmat käytettävissä olevat nettoenergiasisällöt ovat 58 ja 77 kilowattituntia. Akut muodostuvat moduuleista, ja akun energiasisältö riippuu moduulien lukumäärästä, joka voi olla 9 tai 12. Kussakin moduulissa on 24 akkukennoa.

Isommilla akuilla saavutetaan pidempi toimintamatka kuin pienemmillä, mutta sekin on hyvä tietää, että akun koko vaikuttaa myös käytettävissä olevaan moottori- ja lataustehoon. Suurempi kennojen määrä mahdollistaa suuremmat sähkövirrat molempiin suuntiin.

MEB-akkukennot ovat niin sanottuja pussikennoja, joissa elektrodit, elektrolyytit ja eristeet pinotaan alumiinifolion sisään hieman suklaalevyn näköiseksi paketiksi. Akkukemia tunnetaan lyhenteellä NCM (nikkeli-koboltti-mangaani). MEB-arkkitehtuuri on suunniteltu käyttämään myös prismaattisia kennoja, jotka ovat muodoltaan litteitä laatikoita. Myös akkukemia voi vuosien mittaan muuttua.

Suurimpiin lataustehoihin päästään lataustavassa Mode 4 eli pikalatauksessa. Pikalatausmahdollisuus on käytössä julkisissa latauspisteissä. (Kuva: ŠKODA Auto)

Yksi vaihde, korkeat kierrokset

Enyaq iV:n sähkömoottori on kestomagnetoitu tahtimoottori, joka on yleisin moottorityyppi uusissa sähköautomalleissa. Sähkömoottori koostuu sylinterimäisestä ulkokuoresta, sen sisäkehälle sijoittuvasta staattorista ja tämän sisällä pyörivästä roottorista. Ainoat liikkuvat osat ovat roottori ja sitä kannattelevat laakerit.

Moottori tuottaa huippuvääntömomenttinsa lähes nollakierroksilta alkaen, ja huipputeho saadaan pidettyä yllä hyvin korkeille pyörintänopeuksille saakka. Siten vaihteistoa ei tarvita. Voimansiirto koostuu vain yhdestä välityksestä, jota käytetään molempiin suuntiin ajaessa. Peruutettaessa moottori yksinkertaisesti pyörii eri suuntaan.

Moottorin jatkeena olevassa vetopyörästössä on ainoastaan alennusvaihde, jolla moottorin korkeaksi kohoava pyörintänopeus muutetaan matalammaksi renkaiden pyörintänopeudeksi. Moottorin pyörintänopeus yltää jopa 16 000 kierrokseen, joten jokseenkin polttomoottoriauton kakkosvaihdetta vastaava välitys riittää hyvin kaikkiin ajotilanteisiin. Kytkintäkään ei tarvita.

Kestomagneettimoottorien ristiriitaisin osa ovat magneetit. Niiden valmistukseen yleensä käytetty neodyymi kuuluu ”harvinaisiin maametalleihin”, mikä on helppo ymmärtää väärin. Nimitys on peräisin 1800-luvulta, ja se juontuu ryhmään kuuluvien alkuaineiden erikoislaatuisuudesta ensimmäisten havaintojen ajalta. Nykyisin näitä alkuaineita ei pidetä varsinaisesti harvinaisina, mutta arvokkaita ne ovat.

Sähkömoottori koostuu pääasiassa teräksestä ja kuparista, joten magneetit ovat materiaaliteknisesti sen huomiota herättävin ja kallein osa. Kestomagneeteilla saavutetut hyötysuhdeparannukset ovat kuitenkin lisähinnan arvoisia. Vaihtoehtoisissa vierasmagnetoiduissa ja induktiomoottoreissa kuluu hukkaan sähköä ja kallisarvoisena nyt pidettävää toimintamatkaa.

Hyötysuhde huippuluokkaa

Moottorin hyötysuhde on arvo, joka kertoo, miten iso osa käytössä olevasta energiasta kuluu auton liikuttamiseen. Polttomoottorissa hyötysuhde on korkeimmillaan voimakkaassa rasituksessa, lähinnä kiihdytyksissä, jolloin hyötysuhde voi nousta jopa 50 prosenttiin. Normaalissa ajossa arvo on kuitenkin 20–30 prosentin suuruusluokassa.

Sähkömoottorin hyötysuhde painuu harvoin 90 prosentin huonommalle puolelle. Myös latauksen hyötysuhde on 90 prosentin tasolla, samoin akusta moottorille sähkötehoa siirtävän invertterin. Sähköauton kokonaishyötysuhde on siis nopeasti laskien noin 70–75 prosenttia, mutta sähköautolla on vielä yksi ässä hihassaan.

Ajon aikana kaasupolkimen nostaminen tai kevyt jarrupolkimen painaminen ohjaa sähkömoottorin toimimaan generaattorina, joka kerää osan ajossa saavutetusta liike-energiasta takaisin akkuun. Tästä energiasta on uudelleen käytettävissä taas kokonaishyötysuhteen suuruinen osa. Näiden energiatalletusten ansiosta sähköauton käytännön hyötysuhde on kaupunki- ja taajama-ajossa erittäin korkea.

Virallisen toimintamatkan tuottava WLTP-testi kertoo auton energiankulutuksesta vaihtelevassa ajossa. Hitaampivauhtisessa taajama-ajossa sähköautolla voi päästä paljon virallista toimintamatkaa pidemmällekin, kun taas tasaisen nopeavauhtisessa maantieajossa matka on todennäköisesti lyhyempi. Suurilla nopeuksilla ilmanvastus nostaa kulutusta.

Artikkelin kirjoittaja Jussa Nieminen. (Kuva: JN)

Kuka Jussa Nieminen?

Artikkelin kirjoittaja on sähköautoilija ja ajoneuvotekniikan diplomi-insinööri. Hän toimi yli 16 vuoden ajan Tekniikan Maailman autotoimittajana ja ajoneuvosisällöstä vastaavana tuottajana. Nykyisin Jussa työskentelee sähköyhtiö Väre Oy:n sähköisen liikenteen johtavana asiantuntijana.

Škoda Enyaq iV:n latausteho kohoaa uuden sukupolven teholaturissa parhaimmillaan 125 kilowattiin. Suurin latausteho riippuu varustelusta ja akun koosta.

Lisää artikkeleita:

Hanki oma ŠKODA-kotilatauslaite

Sähköinen tulevaisuus

ENYAQ iV siivittää uuteen aikakauteen

Ajankohtaista & Uutta

Autotoimittajien koeajossa ENYAQ iV

ŠKODA mediassa