Sähköautoihin näyttää muodostuvan kaksi luokkaa: 400V lataavat ja 800V -akkuiset tehokkaasti lataavat autot

Sähköautojen lataustehot ovat kasvaneet valtavasti vuoden 2015 ajoista, kun ensimmäisen Leafini ostin. Sen omitamisen aikaan olin iloinen, jos satuin näkemään yli 40 kW:n lataustehon. Toki jo tuolloin Suomessakin oli Tesla Model S 85 -sähköautoja, joiden suurin latausteho oli noin 120 kW:n luokkaa ja keskiteho 10 - 80 % välissä hipoi 90 kW:n tasoa, toki se toteutui vain jos sattui löytämään siihen kykenevän laturin, eli silloisessa ajassa Teslan Superchargerin. Silti tuo jo kymmenen vuotta vanha Tesla on edelleen kohtalaisen kyvykäs latautumaan monien nykyistenkin 400V akuilla varustettujen sähköautojen sarjassa.

Aika kuitenkin on muuttunut ja etenkin viimeaikoina latausehojen kehitys on ollut valtaisaa. Nyt minun silmiin alkaa näyttää siltä, että sähköautoihin on muodostumassa kahtia jakautuva tarjonta sekä markkina. Toisessa ryhmässä ovat 400V akuilla varustetut maltillisemmin lataavat sähköautot ja toiseen alkaa kertyä tehokkaammin lataavien 800V akkujen autojen tarjooma. Pyrin tähän blogikirjoitukseen avaamaan tuota ajatteluani jakautuman kehittymisen näkymästä.

Lataustehosta ylipäätään ensin muutama sana

Sähköauton lataamisessakin pätee edelleen fysiikan peruskaava sähköteholle, eli P=UI.

Käytännössä tuo siis tarkoitta voltit (V) x ampeerit (A) = watit (W).

On selkeää, että kun tuohon yhtälöön laitetaan 400V jännitteen sijaan 800V, päädytään huomattavasti suurempaan lataustehoon samalla latausvirralla, esimerkiksi 435 ampeerilla. Tuolla 435A latausvirralla ja 400V jännitteellä latausteho on 174 000W, eli 174 kW, kun samalla latausvirralla ja 800V jännitteellä latausteho onkin jo 348 000W, eli 348 kW.

Tuo äärimmilleen yksinkertaistamani laskentapari voisi edustaa hyvinkin omaa edellistä ID.4:ää, minkä maksimi latausteho oli 175 kW, sekä esimerkiksi Smart #5, minkä maksimi latausteho on 353 kW. Asia ei tietenkään ole lähellekään noin suoraviivainen ja siihen vaikuttaa useampikin seikka, ja autojen akustojen jännite ei todellakaan ole tasan 400V tai 800V, ja se käyttäytyy siten, että tyhjässä akussa on matalampi jännite kuin täydessä.

Tämän hetken suomalaisessa latausverkostossa monet laturit, kuten Kempowerin adaptiivisen jännitteen asemat, kykenevät toimittamaan jopa 1000V jännitettä sekä ainakin 500A:n latusvirtaa. Myös 600A:n latusvirran latureita on ainakin tulollaan Suomeenkin, ellei jo olekin. Mainitsen kuitenkin, että vaikka laturivalmistajan tekniikka mahdollistaa nämä jännitteet ja latausvirrat, ei se tarkoita, että jokaisella latausasemalla muu tekniikka olisi sillä tasolla, että näin kovat lataustehot toteutuisivat koskaan, tai ainakaan kaikissa ruuhkatilanteissa. En myöskään lähde laturivalmistajien puolesta ennustamaan tulevaisuutta. Totean kuitenkin, että nyt jo on olemassa myös MCS, joka on kehitetty lähinnä raskaalle liikenteelle tarjoamaan 1 MW:n latauspistekohtaisia lataustehoja. Kiinasta saamme lukea uutisia myös henkilöautoihin vastaavista lataustehoista. Enkä rajaa laturivalmistajien puolesta, että esimerkiksi 600A tai 1000V olisi mikään katto.

Sähköauton toteutuvassa lataustehossa on keskeisenä vaikuttimena myös auton BMS (Battery Management System), mikä ohjaa myös lataustehon toteutumaa ohjelmoidulla tavalla. Lataustehoa alennetaan mm jos akku on liian kylmä tai liian kuuma tai liian täynnä. Sähköauton lataustehoa katsoessa monille korkeaa huipputehon lyhyttä piikkiä tärkeämpi ominaisuus saattaa olla tasainen latauskäyrä ja hyvä keskiteho 10 - 80 prosentin latautumisen välillä.

Katson kuitenkin kirjoittamalla hieman auki muutamilla esimerkillä mitä tarkoitin, mainitsin tekstin alkuvaiheessa, että nyt näyttää muodostuvan kaksi eri luokkaa lataustehojen perusteella. Jotta saan jotain järjellistä vertailua, otan mainilta EV-Databasen ja Fastnedin -sivustoilta tietoja muutamien autojen osalta.

Autot 400V-jänniteluokan akuilla, maltillisemmin lataavat sähköautot

Tämän hetken sähköautojen tarjoamasta otan molempiin otsikkotasoihin esittelyyn ensin korealaisista, koska niissä on tuoreita malleja ja sekä 400V, että 800V akkuisia. Kia EV4 on uudenkarhea malli Suomessa 400V akustolla, ja sitä seuraa pian myös EV5 samaisella akustolla. Auton 81,4 kWh:n akustolle on kerrottu 135 kW:n latatehon huippulukema, mutta keskiteho on 105 kW:n tasoa. Yhdistelmänä nuo edelle kirjoittamani luvut tarkoittavat jo minun kokemuksella erittäin tasaista latauskäyrää, ja Fastned-sivuisto sen vahvistaa ja näkyy kuvassa alapuolella.

Tuolla Kian 400V akuston latauskäyrällä on sähköautoilijan sikäli mukava ajaa pidempää matkaa ja ladata ripeästi tarpeen vaatiessa, koska kuljettajan ei tarvitse pyrkiä kohdentamaan lataustaukoa erityisen matalille akuston varaustason prosenteille. Kyseiselle autolle ilmoitetaan latauksen sujuvan 10 prosentista 80 prosenttiin hieman yli 30 minuutissa, ja sillä saa käytännössä lisää toimintamatkaa ko. autolle suomalaisessa maantieajossa kesällä ehkä noin 310 - 350 kilometriä riippuen ajonopeudesta ja olosuhteista.

Toisenlaista 400V autojen latauskäyrää näytti esimerkiksi oma edellinen sähköautoni, vuoden 2021 ID.4:n takavetoinen 77 kWh:n versio. Siinä oli latauksen huipputeho edellämainitsemaani Kiaa korkeampi, 175 kW, mutta se saavutettiin vain parin prosenttiyksikön ajan erittäin alkaisilla varausprosenteilla ja sen jälkeen latausteho lähti nopeaan laskuun. Alla yksi ko auton täydellinen latauskerta Norjasta jäämerelta paluumatkalla, missä laturi ilmoitti jopa 177 kW:n hetkellisen huipun ja alle 10 prosentin aloituksen jälkeen akkuu oli 62 prosentin varauksessa ja  21 minuutin latauksen keskiteho toteutui 112 kW:n tasolla.

Teslat taitavat edustaa tässä 400V-akkuisten autojen luokassa tällä hetkellä Suomessa myynnissä olevista sähköautoista parasta päätä. Siihen on pari perusteltua syytäkin. Ensinnäkin Teslan omassa Supercharger-laturissa ainakin osa niistä saa suurta yli 500A:n latausvirtaa. Lisäksi ainakin Palladium-versiot Model S ja X -autoista lataavat yli 500V jännitteellä. Eli kuten aiemmin kirjoitin, ei tämä määrittelemäni 400V akkuisten luokka ole kovin yksiselitteinen. Kuvassa alla on Tesla Model 3 LR (Highland) latauskäyrä Fastned-sivustolta. Siitä näkee, että latauksen huipputeho saavutetaan hieman ennen 40 % varaustasoa ja sen jälkeen teho alkaa laskea.

Tesla Model S LR ja Plaid (Palladium) autot taitavat edustaa tähän sarjaan niputtamistani lataustehon kärkipäätä ja kuten alla olevasta Fastnedin kuvasta näkyy, saavuttaa auto 300 kW:n laturissa 218 kW:n huipputehon jonkin verran alle 40 % varaustasolla ja sen jälkeen latausteho lähtee laskuun. Lisään vielä, että ilmeisesti Teslan omalla laturilla nämä saisivat vielä suuremman lataustehon.

Suurimmalle osalle nämä lataustehot ovat erittäin riittäviä. Kovempiakin lukemia on kuitenkin tarjolla.

Autot 800V-jänniteluokan akuilla tarjoavat kiihkeämpää lataustehoa

Porsche taisi aloittaa 800V akkujen aikakauden sähköautoissa jo vuonna 2019 esittelemällä Taycanin. Taycan repäisi heti uudenlaiset latausteholuvut: 270 kW huipputeho saavutettiin noin 50 % varaustasolla. Ei Porsche jäänyt ainokaiseksi, ja esimerkiksi Hyundai esitteli vuonna 2021 ensin Ioniq 5 ja vuonna 2022 Ioniq 6 -sähköautot 800V akuilla. 

Ensimmäisen sukupolven korelaiset e-GMP-alustaratkaisuun perustuvat 800V akkuiset Ioniq 5 ja 6 versiot pystyivät parhaimmillaan 232 kW:n huipputehoon hieman alle 50 % varaustason kohdalla. Latauksen keskiteho oli kuitenkin jo melko hyvä, koska vielä 80 % kohdalla auto latasi parhaimmillaan noin 110 kW:n teholla. Siis suunnilleen sillä samalla teholla, mikä toteutuu monella 400V autolla 10-80 % välin keskitehon tasona.

Akkujen lataustehojen nousu ei kuitenkaan päättynyt tuohon, vaan nyt on alkanut oikein kisatunnelma latautehoissa. Smart esitteli tänä vuonna Suomessakin toimituksiin tulleella #5 automallilla vaikuttavaa lataustehoa. Lataustehon maksimi 405 kW ja vielä 80 % kohdallakin selkeästi yli 150 kW:n teholla. Siis suuremmalla teholla, kuin moni 400V jännitteen auto tarjoaa parhaimmillaankaan. Alla Fastnedin kuva Smart #5 -sähköauton lataustehon käyrästä.

EV-Database -sivuston mukaan Smart #5 latautuu 10 prosentista 80 prosenttiin 19 minuutissa 215 kW:n keskiteholla. Siis noin tuplalla keskiteholla verrattuna suurimpaan osaan 400V autojen parhaimmistosta verrattuna.

Vaan eipä tuo sähköautojen lataustehon kirittämiskisa vielä Smartinkaan tehoihin päättynyt. Kiinasta kajahti Suomeenkin Xpenb G9, jonka uusin versio lataa parhaimmillaan jopa 525 kW:n huipputeholla! Valmistajan ilmoituksen mukaan 10 prosentista 80 prosenttiin latuatuminen kestää 12 minuuttia, mikä tarkoittaa 92,2 kWh nettokapasiteetin akulla hurjan kuuloista 322 kW:n keskitehoa! Tuota autoa ja sen latautumista pitää päästä koittamaan, kunhan Suomeen saadaan ensimmäiset Alptronicin HYC1000-laturit.

Näissä viimeisimmissä esimerkeissä, Smart #5 ja Xpeng G9 autoissa, sekä niiden lisäksi myös muut Mercedes-Benzin MMA-alustan autot ja tulevat BMW:n Neue Klasse -autot ovat sitä, mistä lähdin kirjoittamaan. Nyt näyttää siltä, että sähköautojen tarjooma on jakautumassa kahtia akkujen jänniteiden ja lataustehojen kautta. 400V jänniteluokkaan kuuluvat autot voisin melkein nimittää perussähköuatoiksi, mikä ei missään nimessä ole moite niille. Nämä uudemmat huipputehokkasti lataavat 800V jänniteluokkaan, tai jopa siitä ylöspäin, kuuluvat sähköautot voisin melkein nimittää pitkän matkan rivakoiksi taittajiksi. Ne tarjoavat sujuvampaa matkantekoa jopa perävaunua pitkää matkaa usein vetäville.

Kuinka sähköauton akusto kestää käyttöä jos sitä voi ladata yli 350 kW:n tehoilla?

Suomessa ja maailmalla esiintyy runsaasti akkutietäjiä ja professoreita ja aika yleinen konsensus tuntuu olevan, että korkeat lataustehot tappavat sähköauton akuston alta aikayksikön. Minulla ei tuohon asiaan ole mitään muita viisaampaa kantaa, mutta sen totean, että sähköautojen akkuja korjataan ja vioittuneita moduuleita vaihdetaan nyt jo, eivätkä ne akustot ole pääsääntöisesti näyttäneet olevan korkean lataustehon tai 800V jännitteen akustoja, vaan enemmänkin kovin maltillisen tehon akkuja esimerkiksi Volkswagen Groupin MEB-autoista.

Akkuja korjaavilta tahoilta ja käytöstä olen saanut kuvaa, että olennaista etenkin korkeaa lataustehoa käytettäessä on akuston onnistunut lämmönhallinta. Edelleen minun silmiini ainakin näyttäytyy, että akustoja pahinten onnistutaan pilaamaan pitämällä niitä liian pitkään tyhjänä tai 100 % varaustasolla parkissa. Kovasti korjaamojen julkaisuissa on näkynyt korostuvan myös entiset taksiautot, mikä antaisi signaalina vahvistusta omalle ID.4:n kokemukselle. Ajoin sillä neljä vuotta ja 220 000 kilometriä ja latasin satoja kertoja suurteholatureilla, mutta silti käyttö oli vielä niinsanotusti normaalin kuluttaja-autoilijan ajoa. Akku oli sitä vaihtokaupassa eteenpäin luovuttaessani noin SOH90 ja kennojännitteet pysyivät hyvässä balanssissa myös tyhjäksi ajettua rasittaessa.

Miten nämä 350 ja jopa yli 500 kW:n lataustehoon kykenevien sähköautojen akustot sitten tulevat kestämään? En lähde edes arvailemaan, koska aika ja kokemukset sen tulevat näyttämään. En myöskään akuston keston takia itse pelkäisi näiden autojen ostamista yhtään sen enempää, kuin minkään muunkaan auton ostamista.

Suurella latausteholla on vaikutus pitkän matkan suorittamisen nopeuteen - myös kulutus vaikuttaa

Osalle meistä sähköautoilijoista pitkän matkan hyvä suoritusnopeus on tärkeä asia, kun pitkien matkojen osuus ajoprofiilissa korostuu. Kun sähköautolla haluaa ajaa pitkiä siirtymiä nopeasti, on suorituskyky kolmen tekijän tulos: Akuston käytettävissä oleva nettokapasiteetti (kWh), auton pieni kulutus etenkin suuremmilla nopeuksilla (kWh/100) km, sekä hyvä latausteho (kW) ratkaisevat yhdessä. Keräsin tässä blogikirjoituksessani mainitsemiani sähköautoja, sekä muutaman muun oheiseen taulukkoon ja lisäsin EV-Database -sivustolta niille tietoja, millä pysty hahmottamaan todennäköistä toimintamatkan totutumista Suomessakin normaalissa maantieliikenteessä ja tyypillisessä Suomen kelissä, jolloin ei ole +20 °C ja auringonpaistetta, mutta ei myöskään mitään -25 °C tai kovempaa pakkasta. Omalla runsaalla sähköautoilun kokemuksella tuo EV-Database -sivuston kohta on ollut yllättävän kuvaava ja lähellä aitoa toteutumista verrattuna moniin omiin ajoihin eri autoilla.

Otin taulukkooni lähdeluvuiksi EV-Database -sivustolta:

• autolle ilmoitettu akuston nettokapasiteetti
• Long distange suitability -kohdasta ja sieltä Average conditions -kohdasta, mikä kuvaa melko hyvin Suomen maantieliiikennettä.
• Ko kohdassa EV-database -sivustolla jokaiselle autolle ensimmäinen kilometrimäärä on ajoa 100 % —> 10 % varaustasoon asti.
• Kaikkia autoja on heidän esimerkissä ladattu 15 minuuttia kunkin auton latauskäyrän mukaisella teholla.
• Sen jälkeen siellä on arvio, kuinka paljon 15 min latauksella saadaan lisää toimintamatkaa, ja se on taulukossanikin omassa sarakkeessan.
• Viimeisenä sarakkeessa taulukossani on ko sivustolta täydellä akustolla päästy matka, kun autoa on ladattu kerran 15 minuutin ajan.

Kuten yllä olevasta taulukon kuvasta näkyy, on muutos sähköautojen pitkän matkan etenemiskyvyn nopeudessa ollut valtaisa verrattaessa omaan ensimmäiseen Nissan Leafiini. Sama muutos näkyy myös vuonna 2015 ainoan todellisen vaihtoehdon tarjonneen, mutta huomattavan kalliin Model S 85 osalta tähän päivään. Vieläpä nykyistä edellisen Volkswagen ID.4:ni osalta muutos on jo merkittävä. Toki jo silloin vuonna on ollut tarjolla huomattavasti paremman etenemiskyvyn autoista mm Tesla Model 3:sta.

Taulukosta myös ilmenee konkreettisesti se, että pelkästään huipputehokas lataus ei takaa yksinään parasta pitkän matkan suoritusnopeutta. Esimerkiksi Smart #5 jää 400V akkuluokkaan sijoittuvien Teslojen taakse suuren kulutuksensa takia. Saman kaltaisiin ja suuntaisiin tuloksiin ovat päätyneet useammatkin esimerkiksi 1000 km suoriutumisnopeuksien ajokokeet Suomessa ja ulkomailla. Pian saatamme nähdä kuitenkin uudentasoisia suortuksia kärkipäässä, kun CLA ja tuleva BMW i3 tulevat suorituksiaan tekemään.

Romuttaako tekemäni taulukko sittenkin ajatukseeni 400V perustautoista ja 800V pitkän matkan taittaja -sähköautoista? Ei romuta ainakaan tämän hetken ja tulossa olevia sähköautoja autoja tarkastellessa. Jos listan kärkipäässä olevaan Mercedes-Benz CLA 250+ -sähköautoon vaihdettaisiinkin nyt 400V luokkaan sijoittuva vaikkapa Tesla Model 3:n akku, putoaisi sen sijainti taulukossa kyseisen Teslan alle hieman suuremman kulutuksen takia. Toisin päin voisi kysyä, että kuinka hyvän pitkän matkan etenemiskyvyn Teslan Model S LR tarjoaisi, jos Tesla toisikin siihen esimerkiksi 400 kW:n lataustehoon yltävän 1000V akuston?

Erittäin mielenkiinnolla odotan BMW:ltä nyt taulukossa toiselle sijalle sijoittuneen iX3:n pikkusisaren, eli Neue Klasse i3:n suoritusta. Autossa todennäköisesti tulee olemaan iX3:sta noin pari kymmentä kilowattituntia pienempi akku, mutta varmuudella myös pienempi kulutus. Pääseekö saksalainen auto jo viimein Teslan Model 3:n kulutusten mataluuteen? Se jää nähtäväksi, mutta uusi i3 tulee todennäköisesti ottamaan tässä taulukossa kärkisijaintia. Entä sitten, kun Model 3:n energiataloustason sähköautoon istutetaankin Xpeng G9 tasoinen yli 500 kW:n lataustehoon kykenevä akusto? Aika näyttää miten kehitys kehittyy sähköautoissa, mutta lataustehot harppasivat nyt jo tämän vuoden aikana jälleen ylöspäin.