Olen antanut itseni ymmärtää että sähkömoottoreissa isompi huipputeho ei vaikuta kulutukseen ns. norminopeuksilla eli esim. 80kmh nopeudella kulutus on sama (muut muuttujat vakioiden) riippumatta siitä onko moottorin teho 150kw vai 250kw. Tehokkaampi moottori todennäköisesti painaa toki enemmän mutta sen vaikutus on marginaalinen vauhdissa.
Teslalla on kaksi etua, pienempi paino ja parempi ilmanvastus.
Tämä on tosiaan hyvä huomio, Model3 ja Y ovat selvästi suunniteltu pieni ilmanvastuskerroin mielessä ja se näkyy tuloksissa.
Teslan pienempää painoa selittää osaltaan ainakin surkea äänieristys, joskaan tämäkään ei selitä koko eroa (ulkomuistista LR 200kg kevyempi kuin kuin ID4 PP) vaan akkujen painosta tulee myös iso vaikutus. Teslahan ottaa enemmän irti nettokapaa eli pienemmät marginaalit kuin muilla.
Sähkömoottoreista puhutaan, että suurempi huipputeho ei vaikuttaisi kulutukseen. Käsitys johtunee siitä, että kulutuslisä on niin mitättömän pieni verrattuna polttomoottoreiden tapaukseen. Sähköautoon saa superauton tehot ilman kulutuksen karkaamista taivaisiin tasanopeudella. Kiihdyttelemällä ja jarruttelemalla toki saa merkittävästi suuremman kulutuksen.
Jos unohdetaan ilmiselvät tehokkaamman auton kulutusta nostavat seikat, kuten järeän voimansiirron, painavamman moottorin, painavampien jarrujen ja leveämpien renkaiden aikaansaama kulutus, niin jäljelle jää vielä erot hyötysuhteessa.
Ohessa simpukkakuvaaja erään sähkömoottorin hyötysuhteesta eri nopeuksilla ja kuormitusasteilla. Moottori on 250 kW reluktanssimoottori (maks. rpm 18k), joten se on hyvin lähellä Tesla Model 3:n perusmallin moottoria. Hyötysuhde on kuvaajan mukaan parhaimmillaan silloin, kun ajetaan noin puolinopeudella huippunopeudesta JA kuormitusaste on noin puolet maksimista.
Lisätehon myötä myös huippunopeutta tulee/halutaan yleensä lisää. Kaikkea lisänopeutta ei saavuteta moottorin suuremmalla pyörintänopeudella, joten välityksiäkin muutetaan. Tesla Plaidin rajoittamaton huippunopeus on 320 km/h. Paras hyötysuhde olisi nopeuden puolesta noin 160 km/h kohdalla, mikä ei ainakaan Suomessa toteudu kovin kauaa ilman kortin hyllytystä. Satasen matkavauhtiin noin 200 km/h kulkeva vaunu olisi tältä kannalta paras.
Mutta mutta. Se 200 km/h kulkeva tavallisimmin yksivaihteinen sähköauto tuppaa nopeuden kylkiäisenä olemaan aivan liian tehokas tasaiseen maantieajoon, jolloin kuormitusaste jää reilusti alle maukkaimman, eli 50 %:n.
Otetaan esimerkiksi sekalainen reipasvauhtinen maantieajo:
-vastusvoimien kannalta efektiivinen keskari 90 km/h
-maantienopeudella molemmat autot ovat huipputehon alueella, joten kuormitusaste voidaan laskea poikkeuksellisesti pelkän huipputehon avulla!
-kulutus akusta syksyllä 18 kWh/100 km
-valot ja sähkölaitteet sekä ihan pieni lämmitys yht. 1 kWh/100 km
-akun hyötysuhde 90 %
-oletetaan moottoreiden hyötysuhteeksi kiinteä 92 %
-bruttoteho akusta 18 kWh/100 km / (100 km/h / 90 km/h) = 16,2 kW
-nettoteho akusta 16,2 kW * 0,9 = 14,58 kW
-moottorille jää sähkölaitteiden jälk. 14,58 kW - (1 kWh/100 km / (100 / 90 km/h)) = 13,68 kW
-moottori antaa ulos 13,68 kW * 0,92 = 12,59 kW
Tesla Model Y LR, 324 kW, 217 km/h:
-nopeusaste on 90 km/h / 217 km/h = 41,5 %
-kuormitusaste on 12,59 kW / 324 kW = 3,88 % (jep jep, jää "hieman" kiihdytys-/mäkireserviä)
VW ID.4 77 kWh, 150 kW, 160 km/h:
-nopeusaste on 90 km/h / 160 km/h = 56,3 %
-kuormitusaste on 12,59 kW / 150 kW = 8,39 % (reilut reservit tässäkin, muttei niin överit)
Nyt sijoitetaan prosentit kuvaajaan.
Nähdään, että molempien nopeudet ovat suunnilleen puolet maksimista, eli sen puolesta molemmat voisivat hyvällä kuormitusasteella osua ns. häränsilmään. Plaid olisi toinen juttu, eikä sillä osuisi tavallisessa maantieajossa tai motarillakaan makoisimpaan hyötysuhteeseen vaakasuunnassa.
Sitten y-akseli, eli kuormitusaste. Häränsilmän keskikohdalla 100 %:a vastaa noin 200 Nm (ei haittaa vaikka Y:n ja ID.4:n todelliset vääntöarvot @41,5 % maks.rpm ja @56,3 % maks.rpm olisivat eri, koska laskemme suhteellista kuormitusastetta).
Teslan 3,88 % vastaisi häränsilmän kohdalla 0,0388 * 200 Nm = 7,8 Nm.
VW:n 8,39 % vastaisi häränsilmän kohdalla 0,0839 * 200 Nm = 16,8 Nm.
Huom.! Vääntöarvot eivät pidä paikkaansa, mutta niiden avulla tiedämme missä kohdassa simpukkaa olemme ja voimme lukea hyötysuhteen.
Olettaen molemmat autot vaakasuunnassa ihanteellisimpaan kohtaan saadaan kuvaajasta tihrustaen Teslan hyötysuhteeksi 90 km/h ajaessa noin 88 % (0,88-käyrän kohdalla).
Vastaavasti ID.4:n hyötysuhde olisi noin 92 %.
Laskelmissa oli oletettu molemmille autoille samantyyppinen moottori. Todellisuudessa Teslan moottorin energiatehokkuus ollee parempi, mikä kompensoi tehojen suurempaa ylimitoitusta. Ei haittaa vaikka putoaisi simpukassa alemmas, jos se simpukka on parempi. Lisäksi VW oli ilmanvastukseltaan 28,6 % huonompi ja vielä vähän raskaampikin, joten Teslalla on varaa tehdä yksi epätaloudellinen valinta (=ylisuuret tehot), ja silti päihittää kilpailijat kulutuksessa.
Lightyear One on virtaviivainen ja kevyt kokoisekseen, eikä siinä ole laitettu liian tehokasta moottoria. Tuloksena on mielettömän hyvä kulutus. Vai miltä kuulostaa EV-DB Real Range 575 km piskuisella 60 kWh-akulla, kun auto on 506 cm pitkä ja 190 cm leveä? Tavaratilaakin on 780 l/1701 l.
Salaisuus on kohtuullinen 100 kW, 1300 kg, 0,20 Cw ja 1426 mm korkeus.
Edit. Paras tuollaiseen maantieajoon olisi 12,59 kW / 0,50 = 25 kW. Jos siis unohdetaan ylämäet, kuorma ja ohittelu. Moottoritiellä/vastatuulessa pitäisi melkein tuplata tuo 25 kW, jotta osuisi simpukan keskelle.
Dacia Spring 33 kW tai Seat Mii 62 kW ovat aika järkevästi mitoitettuja. Halpoina autoina niissä ei kuitenkaan ole varaa käyttää taloudellisuudeltaan Teslan tasoista moottoria. Autojen muotokin on kaikkea muuta kuin virtaviivainen, joten niiden hyvyys näkyy enemmän pienemmissä nopeuksissa keveyden ja maltillisten tehojen ansiosta.
Edit2. Unohdin ihan laskea Teslan ylitehojen hinnan kulutuksessa, eli miten se vaikuttaa onko hyötysuhde maantiellä 88 % (nykyinen 324 kW) vai 92 % (jos olisi 150 kW).
((12,59 kW / 0,88) - (12,59 kW / 0,92)) / 0,90 / 90 km/h * 100 km/h = 0,77 kWh/100 km
Kulutuslisä 0,77 kWh/100 km on noin 4 % suhteessa siihen akusta kuluvaan 18 kWh/100 km:iin. Aika maltillisesti, kun ottaa huomioon tehojen yli tuplaantumisen, 324 kW vs. 150 kW. Kulutuslisä voi olla pienempikin, jos autossa on useampi moottori ja maantiellä ajetaan vain yhdellä heikommalla.
Tuosta nimittäin voisi helposti vetää monenlaista aasinsiltaa tai motiivia keksittyä.
