Sto Timoni

Τα «παράδοξα» της αυτονομίας των ηλεκτρικών αυτοκινήτων

Όταν τα τεχνικά χαρακτηριστικά υπόσχονται αυτονομία 300, 400, 500 ή και ακόμα περισσότερων χιλιομέτρων για ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, φαίνεται ότι ήρθε επιτέλους η ώρα για τα ταξίδια μηδενικών ρύπων. Ή μήπως τα πράγματα δεν είναι ακριβώς έτσι;

Ξεκινώντας σε ύφος προσωπικό, δεν μπορούμε να μην παραθέσουμε πρόσφατη εμπειρία μας από ηλεκτρικό αυτοκίνητο με επίσημη αυτονομία αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων, στο οποίο «βάζοντας μπρος» είδαμε ένδειξη αυτονομίας 499 χιλιόμετρα στο trip computer, τα οποία με το που θέσαμε σε λειτουργία τον κλιματισμό έγιναν 469 (!) και μετά από περίπου 30 χιλιόμετρα κίνησης είχαν μειωθεί στα 412!

Εύλογα γεννάται το ερώτημα: μας κοροϊδεύουν; Η απάντηση είναι όχι ή τουλάχιστον όχι ακριβώς. Γιατί ο… διάβολος κρύβεται στις λεπτομέρειες – στις οποίες συνήθως δεν δίνουμε σημασία.

Βλέπετε, ανακοινώνοντας την επίσημη, εργαστηριακή αυτονομία – και μάλιστα του συνδυασμένου κύκλου η οποία είναι η μέγιστη – οι αυτοκινητοβιομηχανίες λένε απλώς τη μισή αλήθεια. Η υπόλοιπη κρύβεται σε μια σειρά ιδιαιτερότητες που γενούν τα «παράδοξα» της αυτονομίας, η οποία τελικώς σε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο είναι ένα απίστευτα σχετικό μέγεθος. Και προκύπτει αυτό το σχετικό μέγεθος από τους συνεχείς υπολογισμούς που πραγματοποιεί το trip computer, λαμβάνοντας υπόψη από τη μια το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας και από την άλλη την ταχύτητα κίνησης, τη στιγμιαία και την πρόσφατη κατανάλωση.

Η απόκλιση που υπάρχει μεταξύ της «επίσημης», κατά WLTP, κατανάλωσης και αυτής που διαπιστώνει ο οδηγός στην καθημερινότητά του δεν είναι κάτι καινούριο. Απόσταση πάντα υπήρχε – αυτός ήταν άλλωστε και ο λόγος που η παλιά διαδικασία μετρήσεων NEDC αντικαταστάθηκε από το νέο κύκλο δοκιμών WLTP: να έρθουν τα εργαστηριακά αποτελέσματα πιο κοντά στην πραγματική ζωή. Ακόμα όμως και έτσι ένα αυτοκίνητο στην πράξη «καίει» περίπου 20% περισσότερο από αυτό που δηλώνεται στις προδιαγραφές – εξαρτάται δε το τελικό αποτέλεσμα από το στιλ οδήγησης. Και αυτός ο κανόνας ισχύει λίγο-πολύ και για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Εθνική οδός και αεροδυναμική αντίσταση

Στην περίπτωση ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου η απόκλιση παίρνει άλλες διαστάσεις και εξαρτάται πολύ περισσότερο, απ’ ότι σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο με μηχανή εσωτερικής καύσης, από τις συνθήκες κίνησης. Για να το πούμε λοιπόν με απλά λόγια, η κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται θεαματικά με την αύξηση της ταχύτητας κίνησης του αυτοκινήτου. Βεβαίως, και στα συμβατικά αυτοκίνητα έχουμε σημαντική αύξηση της κατανάλωσης στις ψηλές ταχύτητες, καθώς από τα 120 km/h και πάνω τουλάχιστον το 80% της ενέργειας που καταναλώνεται αφορά την αεροδυναμική αντίσταση. Η δε ισχύς που απαιτείται για την υπερνίκησή της αυξάνεται με βάση τον κύβο της ταχύτητας, οπότε αντιλαμβάνεστε τον «καταστροφικό» ρόλο της ταχύτητας στην κατανάλωση ούτως ή άλλως.

Ford Mustang Mach-E

H δύναμη της αεροδυναμικής αντίστασης προκύπτει από τον τύπο Fw = 0,5*V²*ρ*Cd*A, ενώ χρειάζεται να πολλαπλασιάσουμε άλλη μια φορά με την ταχύτητα (V) για να φτάσουμε στην απαιτούμενη ισχύ (με βάση ότι ισχύς P=F*V, όπου F-δύναμη, ρ-πυκνότητα του αέρα, Α-μετωπική επιφάνεια σε m2 και Cd ο γνωστός συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης). Έχετε λοιπόν υπόψη ότι ενώ ένα αυτοκίνητο που κινείται με 60 km/h πρέπει να υπερνικήσει αντίσταση αέρα 128,3 Ν (13,1 kg), στα 120 km/h αντιμετωπίζει υπερ-τετραπλάσια αντίσταση (513,3 Ν/52,3 kg) και στα 150 km/h επταπλάσια (801 N/81,8 kg). Ενώ η απαιτούμενη ισχύς στα 120 km/h οκταπλασιάζεται και στα 150 km/h δεκαπενταπλασιάζεται!

Mercedes Benz VISION EQXX: πολύ χαμηλός συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης Cd=0.17, είναι από τα στοιχεία που συμβάλλουν σημαντικά στην εξοικονόμηση ενέργειας – κυρίως στον αυτοκινητόδρομο.

Αυτό είναι αλήθεια ότι αφορά όλα τα αυτοκίνητα, ανεξαρτήτως του συστήματος κίνησης. Με τη διαφορά ότι ένα ρεζερβουάρ 60 λίτρων γεμάτο με βενζίνη σημαίνει περίπου 550 kWh (60 lit. x 43.960 kJ/kg x 0,75 kg/l x 2,778×10-4) αποθηκευμένη ενέργεια όταν μια μεγάλης χωρητικότητας μπαταρία δεν ξεπερνά τα 80 kWh. Ποσοστιαία λοιπόν η «ζημιά» που γίνεται σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο από την αύξηση της αεροδυναμικής αντίστασης είναι πολύ μικρότερη.

Ωστόσο, φαίνεται ότι ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο είναι πιο «ευπαθές» στο ταξίδι. Και πάλι ανατρέχουμε στην προσωπική μας εμπειρία για να πούμε ότι μια μικρή απόδραση στο Λουτράκι με ηλεκτρικό αυτοκίνητο μας κόστισε 250 χιλιόμετρα αυτονομίας για μια απόσταση 180 χιλιομέτρων, με ταχύτητα κίνησης που ποτέ δεν ξεπέρασε τα 110-120 km/h για να επιστρέψουμε τελικά με 20 χιλιόμετρα υπόλοιπο στο trip computer…

Δεν είναι τυχαίο που παρά την αυξημένη ισχύ και τις εντυπωσιακές επιδόσεις των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, οι κατασκευαστές περιορίζουν την τελική τους ταχύτητα – συνήθως – στα 150 km/h. Είναι σαφές πως γνωρίζουν ότι κίνηση με ακόμα ψηλότερη ταχύτητα ισοδυναμεί με πλήρη «καταστροφή» της αυτονομίας.

Ένας ακόμα παράγοντας που επηρεάζει αρνητικά την αυτονομία είναι η έλλειψη κιβωτίου ταχυτήτων. Βλέπετε, καθώς η μέγιστη ροπή του ηλεκτροκινητήρα είναι διαθέσιμη από την πρώτη στιγμή, κατά την εκκίνηση, σε ένα ηλεκτρικό σύστημα κίνησης δεν υπάρχει η ανάγκη του κιβωτίου ταχυτήτων, το οποίο ως γνωστόν πολλαπλασιάζει τη ροπή του κινητήρα. Ωστόσο, αυτό οδηγεί στο να λειτουργούν οι ηλεκτροκινητήρες σε πολύ ψηλότερες στροφές, σε σχέση με τις ΜΕΚ, όταν το αυτοκίνητο κινείται με μεγάλη ταχύτητα. Κάτι που από τεχνική άποψη δεν δημιουργεί προβλήματα (απολύτως «ζυγισμένες» οι ηλεκτρικές μηχανές), αλλά φαίνεται ότι δεν είναι ότι καλύτερο για την απόδοση. Για το λόγο αυτό άλλωστε η Bosch ετοιμάζει για λογαριασμό της Volkswagen το CVT4EV, ένα αυτόματο κιβώτιο συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης .

αυτονομία ηλεκτρικών αυτοκινήτων
Το αυτόματο κιβώτιο συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης, το οποίο εξελίσσει η Bosch ειδικά για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, υπόσχεται τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ απόδοσης και επιδόσεων. Σε χαμηλές ταχύτητες, μια μικρότερη («κοντή») σχέση μετάδοσης βελτιώνει την ικανότητα έλξης, ενώ μια υψηλότερη («μακρύτερη») σχέση μετάδοσης βελτιώνει την απόδοση σε υψηλότερες ταχύτητες, αυξάνοντας και την τελική ταχύτητα.

Η ανάκτηση ενέργειας στην πόλη

Χρειάζεται να ψάξει αρκετά κανείς στο διαδίκτυο για να βρει αναλυτικά δεδομένα κατανάλωσης/αυτονομίας των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Οι περισσότερες εταιρίες αρκούνται στο να δίνουν στοιχεία, για λόγους ευκολίας, μόνο για τον συνδυασμένο κύκλο. Στο παράδειγμα που παραθέτουμε με επίσημα στοιχεία από μοντέλα της αγοράς (πιν. 1) φαίνεται ξεκάθαρα η διαφορά: η μεικτή αυτονομία – και προσέξτε, η μεικτή δεν είναι αποκλειστικά αυτοκινητόδρομος – είναι κατά περίπου 30% μικρότερη στην από την αυτονομία στην πόλη.

Μοντέλο Αυτονομία
Πόλης (km) Μικτή (km) Διαφορά (%)
Kia e-Niro 204ps / 64 kWh 615 455 -26,0
Kia e-Niro 136ps / 39,2 kWh 405 289 -28,6
Kia e-Soul 204ps 648 452 -30,2
Kia e-Soul 136ps 407 276 -32,2
Hyundai Kona Electric 204ps 660 484 -26,7
Hyundai Kona Electric 136ps 435 305 -29,9

Πίνακας 1: Από τις λίγες εταιρίες που δίνουν περισσότερες λεπτομέρειες για την αυτονομία των ηλεκτρικών της μοντέλων, η Kia και η Hyundai μας αποκαλύπτουν, τη μεταβλητότητα της αυτονομίας στην περίπτωση των e-Niro και e-Soul.

αυτονομία ηλεκτρικών αυτοκινήτων
Kia e-Niro

Βλέπουμε λοιπόν ότι στην πόλη τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι πιο αποδοτικά απ’ ότι στην εθνική οδό – σε πλήρη αντίθεση με τα συμβατικά που «καίνε» σαφώς λιγότερο στον ανοιχτό δρόμο. Και αυτό μπορεί να φαίνεται παράδοξο, αλλά δεν είναι, καθώς εξηγείται από το ότι στις αστικές συνθήκες κίνησης, με τα συχνά σταμάτα-ξεκίνα ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο έχει τη δυνατότητα της ανάκτησης ενέργειας κατά την επιβράδυνση – ενέργεια που σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο πηγαίνει χαμένη – καθώς ο ηλεκτροκινητήρας φρενάροντας το αυτοκίνητο λειτουργεί ως γεννήτρια. Και είναι αυτή η διττή υπόσταση ένα ακόμα προσόν των ηλεκτρικών μηχανών.

Ενώ λοιπόν και τα συμβατικά και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα δαπανούν ενέργεια για να ξεκινήσουν, τα ηλεκτρικά παίρνουν ένα μικρό μέρος της πίσω οδεύοντας προς στάση, όπως επίσης ανακτούν ενέργεια σε ένα δρόμο με στροφές κάθε φορά που επιβραδύνουν πριν την είσοδο μιας στροφής. Με δεδομένο μάλιστα ότι στα περισσότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα ο βαθμός επιβράδυνσης-ανάκτησης ενέργειας ελέγχεται από τον οδηγό, καταλαβαίνουμε ότι υπάρχουν τρόποι να βελτιστοποιήσουμε την απόδοση του όλου συστήματος σε τέτοιες συνθήκες.

Το πόσο γρήγορα μπορεί να φορτιστεί η μπαταρία ενός αυτοκινήτου ποικίλει από μοντέλο σε μοντέλο. Ταχύτερη φόρτιση εξασφαλίζεται σε φορτιστές συνεχούς ρεύματος, με ισχύ τουλάχιστον 50 kW.

Ζέστη και κρύο: πόσο κοστίζει σε ενέργεια ο κλιματισμός

Οι κλιματικές συνθήκες επηρεάζουν, επίσης, ποικιλοτρόπως την αυτονομία. Η πρώτη επίδραση έχει να κάνει με την ίδια τη λειτουργία της μπαταρίας, με τη χημεία της – γιατί μην ξεχνάμε ότι αυτό που συμβαίνει σε μια μπαταρία είναι η μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Και είναι γνωστό ότι σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες η απόδοση της μπαταρίας μειώνεται όπως επίσης μειώνεται και στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Ενδεικτική των βλαβερών συνεπειών του ψύχους είναι η σύσταση της Volkswagen για διατήρηση του ελάχιστου επιπέδου φόρτισης σε καθημερινή βάση στο 40% τις κρύες μέρες του χειμώνα (για το καλοκαίρι συνιστάται 20%).

Στο σημείο αυτό έρχεται να προστεθεί ένας ακόμα σημαντικός παράγοντας – καταναλωτής ενέργειας. Το σύστημα θέρμανσης-κλιματισμού. Το οποίο στην περίπτωση ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου καταναλώνει ενέργεια τόσο κατά την ψύξη όσο και κατά την θέρμανση – και εδώ έχουμε ακόμα μία σημαντική διαφορά με τα συμβατικά αυτοκίνητα στα οποία το καλοριφέρ λειτουργεί με την απορριπτόμενη στο περιβάλλον ενέργεια των καυσαερίων που σε διαφορετική περίπτωση θα πήγαινε χαμένη. Ζεσταινόμαστε δηλαδή τον χειμώνα σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο «δωρεάν», χωρίς να καίγεται επιπλέον καύσιμο, ενώ σε ένα ηλεκτρικό καταναλώνεται η ενέργεια της μπαταρίας.

Nissan LEAF

Το πόση ενέργεια θα καταναλωθεί εξαρτάται από τον τύπο του συστήματος που θα επιλεγεί – με την πιο σύγχρονη και αποδοτική επιλογή να είναι μια αντλία θερμότητας που μπορεί να δώσει και ψύξη, προσφέροντας περισσότερη ενέργεια από αυτήν που καταναλώνει. Ενώ επιπλέον ενέργεια καταναλώνεται αν υπάρχουν θερμαινόμενα καθίσματα ή αν τεθεί σε λειτουργία η αντίσταση του πίσω παρμπρίζ ή οι υαλοκαθαριστήρες.

Η ψύξη του χώρου επιβατών με το air condition συντελείται και στις δύο περιπτώσεις με κατανάλωση της ενέργειας της μπαταρίας ή του καυσίμου. Με τη διαφορά, όπως ήδη είπαμε, ότι σε ένα βενζινοκίνητο όχημα η ποσοστιαία απώλεια ενέργειας, με βάση το ενεργειακό περιεχόμενο του ρεζερβουάρ του είναι πολύ μικρότερη.

Οι επιμέρους καταναλωτές ενέργειας μπορούν να επιδράσουν δραματικά στη διαμόρφωση της αυτονομίας ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου (εδώ βλέπουμε σχετικές ενδείξεις στο “tablet” της Ford Mustang Mach-E

Πολλαπλές αντιστάσεις και οικονομική οδήγηση

Το θέμα των αντιστάσεων που αντιμετωπίζει ένα αυτοκίνητο κατά την κίνησή του δεν τελειώνει εδώ. Έχει και άλλες πλευρές όπως η αντίσταση κύλισης, αλλά και η κλίση του εδάφους. Προφανώς λοιπόν ένα αυτοκίνητο που κινείται σε δρόμο χωρίς κλίση, αντιμετωπίζει μόνο την αντίσταση του αέρα και την αντίσταση κύλισης. Η τελευταία εξαρτάται από τον τύπο των ελαστικών και από την ποιότητα του οδοστρώματος – είναι δε γνωστό ότι «ξεφούσκωτα» ελαστικά οδηγούν σε αύξηση της αντίστασης κύλισης. Για αυτό το λόγο άλλωστε βλέπετε πολλούς κατασκευαστές αυτοκινήτων να χρησιμοποιούν ειδικά ελαστικά μειωμένης αντίστασης κύλισης στα ηλεκτρικά μοντέλα τους.

Βεβαίως, η αντίσταση κύλισης εξαρτάται καθοριστικά και από το βάρος του αυτοκινήτου, ως κάθετη δύναμη που πιέζει το ελαστικό στο οδόστρωμα. Με δεδομένο τώρα ότι τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, λόγω των μπαταριών τους, είναι κατά 30% βαρύτερα από τα αντίστοιχα συμβατικά, αντιλαμβάνεστε ότι η κατανάλωσή τους είναι εκ γενετής επιβαρυμμένη.

Το βάρος του αυτοκινήτου έρχεται επίσης να προστεθεί ακόμα πιο αποφασιστικά στο σύνολο των αντιστάσεων όταν το αυτοκίνητο κινείται σε ανηφόρα. Κατά τη μετάβαση λοιπόν σε έναν ορεινό προορισμό, ο οδηγός ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα πρέπει να είναι έτοιμος να αντιμετωπίσει την αναμενόμενη μείωση της αυτονομίας.

Μερικές απλές συμβουλές

Κλείνοντας θα λέγαμε ότι ο οδηγός ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα πρέπει να μην ξεχνά αυτό που είπαμε και στην αρχή: η αυτονομία είναι κάτι πολύ σχετικό, καθώς εξαρτάται από ένα πλήθος μεταβλητών παραγόντων. Η τήρηση των βασικών αρχών της οικονομικής οδήγησης ισχύει και σε αυτήν την περίπτωση (αποφυγή απότομων επιταχύνσεων, κίνηση με σταθερή – και όχι πολύ υψηλή – ταχύτητα κλπ.) ενώ η συμβουλή που θα θέλαμε να δώσουμε όταν κάποιος ξεμακραίνει από το κλεινόν άστυ είναι να κοιτά όχι μόνο την ένδειξη της αυτονομίας, αλλά και το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας.

Λαμβάνοντας λοιπόν υπόψη και την ποσότητα της ενέργειας που του απομένει (η οποία είναι απόλυτο μέγεθος) είναι βέβαιο ότι θα κάνει πιο ασφαλή σχεδιασμό του ταξιδιού του. Αυτό σε συνδυασμό με την παρακολούθηση της ένδειξης κατανάλωσης ενέργειας, που θα πρέπει να προσπαθεί να τη διατηρεί σαφώς κάτω από τα 20 kWh/100 km.

Ενώ δεν βλάπτει να επικοινωνήσει εκ των προτέρων με τα σημεία όπου υπάρχουν σταθμοί ταχείας φόρτισης, εφόσον σκοπεύει να κάνει στάση για «ανεφοδιασμό», ώστε να βεβαιωθεί ότι όλα είναι εντάξει…

Το αντιπροσωπευτικό παράδειγμα του Skoda Enyaq

Ένα ενδιαφέρον – και τίμιο – εργαλείο υπολογισμού της αυτονομίας, στη συγκεκριμένη περίπτωση για το Skoda Enyaq iV80, ανακαλύψαμε στην επίσημη ιστοσελίδα της Skoda στην Ελλάδα (https://fuelsavings.skoda-auto.com/207/el-GR). Προσέξτε ότι από τη μέγιστη αυτονομία των 513 χιλιομέτρων στην πόλη με καλοκαιρία, το αυτοκίνητο κενό (1-2 επιβάτες) και επιλεγμένη τη λειτουργία ECO,

πέφτουμε στα 333 για οδήγηση στη λειτουργία NORMAL με πλήρες φορτίο για κίνηση στον αυτοκινητόδρομο.

Κατά συνέπεια, μη λαμβάνετε υπόψη σας τη μέγιστη τιμή της αυτονομίας ξεκινώντας ένα ταξίδι, αλλά ψάξτε για την ελάχιστη – χάριν της οποίας θα πρέπει να ταξιδεύετε – τουλάχιστον – σεβόμενοι τα όρια ταχύτητας στην εθνική οδό.

 

 

Πίνακας 2.
Ενδεικτικές διακυμάνσεις της πραγματικής αυτονομίας
με βάση τις συνθήκες κίνησης και τον καιρό
Πηγή: ev-database.org
Κρύος καιρός Ήπιος καιρός
Fiat 500e Hatchback 42 kWh (175 – 375 km)
Πόλη 240 km 375 km
Αυτοκινητόδρομος 175 km 230 km
Μεικτή 205 km 290 km
Tesla Model 3 Std. Range Plus LFP 52,5 kWh (250 – 510 km)
Πόλη 330 km 510 km
Αυτοκινητόδρομος 250 km 330 km
Μεικτή 290 km 405 km
Mini Cooper SE 28,9 kWh (130 – 280 km)
Πόλη 180 km 280 km
Αυτοκινητόδρομος 130 km 170 km
Μεικτή 155 km 215 km
Nissan Leaf 37,0 kWh (160 – 335 km)
Πόλη 220 km 335 km
Αυτοκινητόδρομος 160 km 205 km
Μεικτή 190 km 260 km
Peugeot e-208 45,0 kWh (195 – 415 km)
Πόλη 270 km 415 km
Αυτοκινητόδρομος 195 km 255 km
Μεικτή 230 km 320 km
Mercedes EQS 450+ 107,8 kWh (470 – 895 km)
Πόλη 595 km 895 km
Αυτοκινητόδρομος 470 km 615 km
Μεικτή 535 km 740 km

Πίνακας 2. Ενδεικτικές διακυμάνσεις της πραγματικής αυτονομίας με βάση τις συνθήκες κίνησης και τον καιρό. Πηγή: ev-database.org

Το παρόν άρθρο γράφτηκε τον Οκτώβριο του 2021 για λογαριασμό του περιοδικού Car & Driver (Caranddriver.gr)

Nikos Loupakis

Μηχανολόγος Μηχανικός - Δημοσιογράφος

Add comment

Kατηγορίες

Ημερολόγιο

Ιανουάριος 2022
Δ Τ Τ Π Π Σ Κ
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31