Riittääkö lämpötolppa sähköauton lataamiseen?

TL;DR; Teslan Model 3 SR+ sähköauton lataaminen onnistuu lämmitystolpasta oikein hyvin. 10 h latausta lisää energiaa auton akkuun noin 13 kWh talvella ja 17 kWh kesällä. Jos haluaa maksimoida energiatehokkuuden, niin talvikelissä kannattaa pistää auto lataukseen heti ajon jälkeen ja välttää parin tunnin latauksia. Kesällä auton lataustavalla ei ole merkitystä.

Kun aikanaan pohdin sähköauton hankkimista, oli kotilatauksen järjestäminen eräs eniten mietityttäneistä asioista. Olen tällä hetkellä taloyhtiömme ainoa ladattavan auton omistaja, joten en saanut houkuteltua muita osakkaita mukaan parkkipaikan remonttiin. Taloyhtiömme jokaisella parkkipaikalla on lämmitystolppa, joten päädyimme ratkaisuun missä osakas voi vaihtaa omakustanteisesti lämmitystolpan latauksen mahdollistavaan laitteeseen osakkaan muutostyönä.

Taloyhtiömme sähköjärjestelmä mahdollistaa jokaiselle parkkipaikan käyttäjälle 8 A virran yhdestä vaiheesta, joten tällä saavutettava latausteho on maksimissaan 1 * 8 A * 230 V = 1840 W = 1.84 kW. Tällä teholla ladattaessa sähköverkosta voidaan ottaa 10 h aikana yhteensä 1.84 kW * 10 h = 18.4 kWh energiaa. Aina kun energiaa siirretään paikasta toiseen tapahtuu häviöitä. Energiahäviöillä tarkoitetaan sitä, että osa siirretystä energiasta muuttuu lämmöksi, mitä ei voida myöhemmin hyödyntää esimerkiksi auton liikuttamiseen. Kaikki sähköverkosta otettu energia ei siis päädy auton sisälle ajossa hyödynnettävään muotoon.

Jotta sähköauton akkua voidaan ladata, täytyy akun olla tietyssä akkukemialle ominaisessa lämpötilassa. Tämä tarkoittaa sitä, että jos ulkona on kylmä, pitää auton akkua lämmittää jotta sitä voidaan ladata. En onnistunut ennen auton hankkimista selvittämään sitä, että kuinka paljon akkua pitää lämmittää kylmällä kelillä, jotta lataus on ylipäätään mahdollista. Vaarana oli se että käytössäni oleva 1.84 kW latausteho ei riittäisi auton lataamiseen talvella, vaan kaikki teho menisi akun lämmittämiseen. Päätin kuitenkin ostaa sähköauton, sillä ajattelin että saan yhdistettyä arkeeni riittävästi latausta julkisilla latauspisteillä, mikäli lataus ei onnistu kotona.

Päädyin hankkimaan Harju Elekterin latausrasian mikä mahdollistaa minulle auton lataamisen ja naapuri voi edelleen lämmittää omaa autoaan näin halutessaan (ks. kuva 1). Latausrasia maksoi asennuksen kanssa 620 € (toukokuu 2022) ja olen ladannut sen avulla noin 2/3 käyttämästäni energiasta.

Kuva 1. Harju Elekterin latausrasia.

Halusin selvittää millaisella hyötysuhteella 1.84 kW teholla tapahtuva lataus työntää energiaa autoon (Tesla Model 3 SR+, LFP-akkukemia, Q3/2021), joten olen ottanut ylös kaikkien kotona tapahtuneiden latausten tiedot vuoden 2023 helmikuusta lähtien. Sähköverkosta otetun energian määrä sekä autoon päätyneen energian määrä on kaivettu esiin Teslafi-tiedonkeräyspalvelun avulla ja näistä on laskettu latauksen hyötysuhde jakamalla autoon päätynyt energia sähköverkosta otetulla energialla. Kuvassa 2 on esitetty latauksen hyötysuhde eri lämpötiloissa. Latauksen keskilämpötilat on kaivettu Forecan havaintopalvelusta Jyväskylän mittausasemalta, joten niissä voi olla muutaman asteen heittoja suuntaan tai toiseen, koska en asu mittausaseman vieressä. Olen laittanut auton lataukseen pääsääntöisesti välittömästi kotiin saapumisen jälkeen, jotta akku on vielä ajon jäljiltä jonkin verran lämmin eikä akkua tarvitse lämmittää niin paljoa verrattuna tilanteeseen, missä lataus aloitettaisiin pitkän pysäköinnin jälkeen. Lataus on keskeytetty ennen auton esilämmitystä tai -jäähdyttämistä, jotta nämä eivät häiritse latauksen hyötysuhteen laskentaa.

Kuva 2. Latauksen hyötysuhde ulkolämpötilan funktiona.

Latauksen hyötysuhde on suurimman osan vuodesta noin 90%, joten 10 h lataus antaa auton auton sisään noin 18.4 kWh * 0.9 = 16.6 kWh energiaa millä voin ajaa seuraavana päivänä kelistä riippuen noin 100-130 km, kun lämpötila on 5 °C yläpuolella. Kilometrini jäävät useimpina päivinä tämän alapuolelle, joten akussa on aina enemmän energiaa seuraavan päivän aamuna mikäli autoa lataa joka yö.

Kuvasta 2 huomataan, että yli 0 °C lämpötilassa latauksen hyötysuhde liikkuu välillä 90-95% mikä erittäin hyvä tulos verrattuna mihin tahansa muuhun laturiin millä olen autolla käynyt. Kun lämpötila laskee nollan alapuolelle, heikkenee latauksen hyötysuhde selvästi. Tänä talvena on ollut tavallista kylmempää, joten latausta on päästy kokeilemaan jopa -30 °C lämpötilassa. Alhaisin hyötysuhde jolla olen ladannut on noin 55%. Tällä hyötysuhteella 10 h lataus lisää auton sisältämän energian määrää vain noin 10 kWh, eikä lisätty energia riitä välttämättä omiin ajoihin, koska auton kulutus kasvaa merkittävästi paukkupakkasilla. Olen myös kokeillut kylmällä kelillä 16 A latausvirtaa, joka parantaa tilannetta merkittävästi. Kaksinkertainen latausvirta nostaa hyötysuhdetta noin 20 %-yksikköä, joten akkuun päätyy energiaa yli kaksinkertaisella nopeudella 8 A latausvirtaan verrattuna. Meillä on kotona melko harvoin näin kylmää, joten 8 A lataus toimii omassa käytössäni melko hyvin. Kylmempinä aikoina pitää kuitenkin varautua lataamaan autoa välillä jossain muualla. 16 A latausvirran käyttäminen poistaa julkisen lataustarpeen omassa arkipyörityksessä kokonaan.

Kuva 3. Latauksen hyötysuhde lataustapahtuman pituuden funktiona.

Kun lämpötila on matala, myös lataukseen kuluva aika vaikuttaa latauksen hyötysuhteeseen. Latauksen hyötysuhde on esitetty lataustapahtuman keston funktiona kuvassa 3. Kylmällä kelillä akkua lämmitetään heti latauksen alussa eikä autoon siirry yhtään energiaa. Energiaa rupeaa siirtymään vasta kun auton akkua on saatu lämmitettyä riittävästi. Tästä johtuu se, että autoa ei kannata pistää laturiin parin tunnin latausta varten. Jos taas lataus kestää liian kauan, ei alkuvaiheessa tapahtunut lämmitys riitä koko latauksen ajalle ja akkua pitää lämmittää lisää. Tämä aiheuttaa sen, että latauksen hyötysuhde pienenee kestoltaan yli 11 h pitkissä latauksissa. Kuvan 3 tulokset eivät ole täydelliset, sillä olen pyrkinyt välttämään lyhyitä latauksia alhaisissa lämpötiloissa. Olen pääsääntöisesti ladannut autoa matalassa lämpötilassa vähintään 10 h kerrallaan, jotta hyötysuhde pysyy mahdollisimman hyvänä.

Johtopäätöksenä voidaan sanoa, että ainakin LFP-akkuisen Tesla Model 3 SR+ sähköauton lataus onnistuu 8 A latausvirralla yhdestä vaiheesta varsin hyvin suurimman osan aikaa vuodesta. Kun olin etsimässä autoa, lähes kaikki automyyjät olivat sitä mieltä, että lämpötolppalataus (8 A, yksi vaihe) ja täyssähköauto on täysin tekemätön paikka. Oman kokemukseni mukaan lämpötolppalataus riittää oikein hyvin, mikäli ajoa kertyy yleensä alle 100 km päivässä. Pörssisähkön käyttäjille ei kuitenkaan voi suositella näin hidasta latausta, koska auto on pistettävä johtoon välittömästi ajon jälkeen, eikä latausta voi ajoittaa.

11.2.2024. Artikkeliin on lisätty mittauspisteitä alhaisemmista lämpötiloista ja suuremmasta latausvirrasta. Kuvaa 2 käsittelevää kappaletta on muokattu kuvaamaan paremmin päivitettyjä mittaustuloksia.

Teksti ja kuvat: Ville Kotimäki

Jos tykkäsit tekstistä, niin mun kirjoitteluja voi tukea ostamalla kahvia täältä:

https://www.buymeacoffee.com/villekotimaki