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;

ΚΕΙΜΕΝΟ: ΝΙΚΟΣ ΛΟΥΠΑΚΗΣ, ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ: ΑΡΧΕΙΟ.
11/8/2023

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 ύστερα 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 γεννούν 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 καινούργιο. 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 στυλ 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’ ό,τι 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 στην 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.

H δύναμη της αεροδυναμικής αντίστασης προκύπτει από τον τύπο Fw = 0,5*V²*ρ*Cd*A, ενώ χρειάζεται να πολλαπλασιάσουμε άλλη μία 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 Cdο 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!

Αυτό είναι αλήθεια ότι αφορά σε 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/kgx 0,75 kg/lx2,778x10-4) 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 εντέλει με 20 χιλιόμετρα υπόλοιπο στο trip computer...

Δεν είναι τυχαίο ότι, 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.

Η ανάκτηση ενέργειας στην πόλη

Χρειάζεται να ψάξει αρκετά κανείς στο διαδίκτυο για να βρει αναλυτικά δεδομένα κατανάλωσης/αυτονομίας των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Οι περισσότερες εταιρείες 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 από την αυτονομία στην πόλη.

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

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

Βλέπουμε, λοιπόν, ότι στην πόλη τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι πιο αποδοτικά απ’ ό,τι 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 έναν 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.

Ζέστη και κρύο

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 τη 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.

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.

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 αυτόν τον 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 επιβαρυμένη.

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 αυτή την περίπτωση (αποφυγή απότομων επιταχύνσεων, κίνηση με σταθερή -και όχι πολύ υψηλή- ταχύτητα κ.λπ.). 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 βέβαιον 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.

Εννοείται, 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…