Spis treści
„Nie muszę się stresować włączeniem navi albo głośno muzyki żeby starczyło prądu” – żartuje sobie jeden z czytelników, podczas gdy inny pyta już poważnie: „jechałem ostatnio trasą na 6h blisko 11h ponieważ były wypadki, co w takim wypadku. Jak auto elektryczne traci energię kiedy toczy się wiele godzin 6-7km/h? Spalinowe auto paliło 1.6-2l/h”. Jeszcze inni dopytują „co się stanie z użytkownikami elektryków w korku np. 3-godzinnym przy minus 15?”. „Nie trzeba zimy, wystarczy korek w lecie, a na zewn. 35 st. C” – dodają kolejni.
Podczas realizacji projektu eRajd, w ramach którego przejechaliśmy cała Europę od wschodu na zachód i od południa na północ mieliśmy okazję przetestować różne modele samochodów elektrycznych w jeszcze bardziej ekstremalnych temperaturach. Na północy Szwecji i w Finlandii testowaliśmy zimą elektryczne BMW iX przy temperaturze -32 st. C, a na południu Hiszpanii latem elektrycznego Volkswagena ID.4 w temperaturze +39 st. C. W upale snuliśmy się 10-15 km/h w autostradowych korkach we Francji, a jesienią utknęliśmy na wiele godzin na górskiej przełęczy w Bułgarii. Krótko mówiąc, zebraliśmy sporo materiału, aby odpowiedzieć na Wasze pytania o to jak szybko rozładujemy elektryka w ekstremalnych warunkach.
Zacznijmy od zapotrzebowania na moc elektryczną poszczególnych urządzeń samochodu, bo od tego z jaką mocą i przez ile godzin będą pracować, zależy na ile wystarczy nam energia zgromadzona w akumulatorze.
Moc i energia
Aby złapać perspektywę, zobaczmy najpierw z jaką mocą pracują otaczające nas urządzenia. Smartfon, podczas intensywnego użytkowania, pobiera do 4 W (watów). Bardzo jasna lampa LED potrzebuje 10 W. Lodówka, gdy chłodzi, pobiera 200 W, a czajnik elektryczny albo pralka, gdy podgrzewają wodę, pobierają 2000 watów, czyli 2 kW (kilowaty) mocy.
Jak to się ma do zużycia energii? Jeżeli urządzenie o mocy 1 kW będzie pracować z maksymalną mocą przez godzinę, to zużyje: 1 kW * 1 h = 1 kWh (jedną kilowatogodzinę). Jeżeli będzie pracować przez 4 godziny, to zużyje 4 kWh. Na co dzień rzadko które urządzenie pracuje jednak cały czas z maksymalną mocą. Na przykład pralka pobiera 2 kW tylko przez kwadrans, gdy podgrzewa wodę, a na samo obracanie bębna potrzebuje najwyżej 0,4 kW i to z przerwami. W efekcie godzinne pranie nie pochłonie 2 kWh, lecz 0,5 kWh. Najbardziej energochłonnym urządzeniem w przeciętnym polskim mieszkaniu jest niepozorna lodówka, która pobiera tylko 0,2 kW, ale za to przez wiele godzin dziennie ze stałą mocą, w efekcie czego odpowiada nawet za 30% rocznego zużycia prądu w domu. Tymczasem czajnik, choć ma 10x większą moc, odpowiada za najwyżej 3% domowego zużycia prądu, bo działa rzadko i krótko.
Silnik elektryka jak fabryka
W samochodzie elektrycznym sytuacja wygląda podobnie. Największą mocą dysponuje oczywiście silnik. W supersamochodach silniki mają moc porównywalną z zapotrzebowaniem fabryki lub galerii handlowej. Na przykład silniki chorwackiego Rimaca Nevera mogą pracować z łączną mocą 1408 kW (1,4 MW). W bardziej przystępnych autach, jak np. Skodzie Enyaq IV 80, silnik może pobierać 150 kW (204 KM).
Jednak bardzo rzadko skorzystamy z pełni jego możliwości. Spokojna jazda po mieście oznacza przyśpieszenia (i rekuperację, czyli produkcję energii przy hamowaniu) na poziomie maksymalnie 30 kW. Przyśpieszenie wbijające w fotel zagwarantuje mniej niż 100 kW mocy. A jakie będzie średnie wykorzystanie w ruchu miejskim w ciągu godziny? Zaskakująco niskie, bo wyniesie raptem 4 kW (słownie: cztery kilowaty). Wielokrotnie więcej silnik będzie pobierać dopiero na autostradzie – do utrzymywania prędkości 140 km/h będziemy potrzebować już średnio 40 kW, a żeby przyśpieszyć przyda nam się 100 i więcej kilowatów pod maską.
Grzałki ogrzałyby dom
Drugim największym odbiornikiem w aucie jest system ogrzewania. Skoro zaczęliśmy od Skody, to zostańmy już przy platformie MEB Volkswagena. Zbudowane na niej auta (modele VW ID., Cupra Born, Skoda Enyaq, Audi Q4 i Q5 e-tron) mają dwie grzałki po ok. 6 kW każda. Jedna do podgrzewania baterii, a druga do ogrzewania kabiny. Moc grzewcza, jaką dysponują, wystarczyłaby do ogrzania domu jednorodzinnego. Podgrzewanie baterii załącza się jednak bardzo rzadko, bo z energii zgromadzonej w baterii litowo-jonowej można korzystać nawet gdy ogniwa wychłodzą się do -30 st. C. Grzanie baterii działa przede wszystkim gdy podłączymy auto do szybkiej ładowarki (ogrzanie ogniw skraca czas ładowania).
Niemal cały czas zimą działać będzie za to ogrzewanie kabiny, ale oczywiście nie z pełną mocą 6 kW. Auto to słaby, ale jednak, termos. Gdy chcemy rozgrzać kabinę z 0 do 20 st. C, grzałka przez 15 minut będzie pobierać 4 kW mocy (zużyje 1% baterii). Później, przez kolejne godziny jazdy (lub korka), na podtrzymanie temperatury będzie potrzebować tylko ok. 1 kW (1% baterii na godzinę).
A gdybyśmy utknęli przy -20 st. C w zaspie, jak obawiają się tego niektórzy czytelnicy? Generalnie śnieżyce mamy przy niewielkich mrozach, a bardzo niskim temperaturom nie towarzyszą opady atmosferyczne, ale pomińmy te meteo-drobnostki. W takiej sytuacji ogrzewanie kabiny pobierać będzie ok. 2 kW mocy. A gdybyśmy utknęli całą rodziną? Pobór będzie trochę mniejszy, bo człowiek generuje ok. 0,1 kW ciepła (tyle co podgrzewanie fotela). A gdyby nasze auto miało pompę ciepła zamiast zwykłej grzałki oporowej? Przy -20 st. C niewiele by to zmieniło, bo efektywność pompy w tak niskiej temperaturze jest porównywalna do zwykłej grzałki.
Klimatyzacja? Nic wielkiego
Trzecim największym odbiornikiem w aucie jest klimatyzacja. Jej moc potrafi być porównywalna do grzałki. W naszej przykładowej Skodzie Enyaq iV sprężarka klimatyzacji ma 5,5 kW mocy. Jednak klima na co dzień także będzie pracować ze znacznie mniejszą mocą. Po pierwsze dlatego, że znaczna część tej mocy zarezerwowana jest dla chłodzenia akumulatora, co ma miejsce głównie podczas szybkiego ładowania auta. Po drugie, występujące na Ziemi upały są znacznie bliżej optymalnej dla człowieka temperatury, niż siarczyste mrozy (latem chłodzimy kabinę najwyżej o 20 st. C, a zimą czasami musimy ją podgrzać aż o 50 st. C). Po trzecie dlatego, że klimatyzacja w tym zakresie temperatur ma wysoki współczynnik zamiany prądu na chłód (z 1 kW mocy elektrycznej wytwarza 2-3 kW chłodu).
Podobnie jak w przypadku ogrzewania, także i klimatyzacja będzie pobierać dużą moc (2 kW) na schłodzenie wnętrza zaraz po wejściu do auta, a następnie, na podtrzymanie temperatury wykorzysta raptem 1 kW. Nawet przy 40 st. C na zewnątrz i w słońcu klimatyzacja nie będzie pobierać więcej niż 1,5 kW.
Reszta urządzeń pokładowych? Można pominąć
No dobrze, omówiliśmy trzy najbardziej energochłonne urządzenia w samochodzie: silnik, ogrzewanie i klimatyzację. Z punktu widzenia zużycia energii na nich moglibyśmy właściwie skończyć, ale dla pełnego obrazu wymieńmy choćby część z pozostałych kilkudziesięciu odbiorników energii: oświetlenie wnętrza, podświetlenie ambientowe, światła zewnętrzne, wycieraczki, spryskiwacze, sterowane szyby, układ kierowniczy, układ hamulcowy, podgrzewane fotele, podgrzewana kierownica, wentylacja, ekrany, systemy nawigacji, radio, głośniki, moduły GSM, GPS, Bluetooth, Wi-Fi, radary, kamery, czujniki ultradźwiękowe i procesor jak w dobrym komputerze. A w modelach z górnej półki jeszcze masaże pleców i wentylację w fotelach, noktowizor, elektrycznie sterowana przezierność szyberdachu czy podczerwień w kabinie. Ile to wszystko pobiera?
Wśród tych urządzeń najwięcej pochłonąć może – założę się, że tego nie obstawialiście − system wspomagania kierownicy. Do wykonania ostrego skrętu ciężką osobówką wymagane może być nawet 800 W mocy i chociaż aż tak mocno zwykle nie kręcimy, to jednak dość często silnik systemu EPS musi działać. W tej mitycznej zaspie lub w korku jego pobór można jednak pominąć, bo uśpiony system pobierze raptem 10 W. Kolejny „duży” odbiornik to nawiew powietrza. Gdy włączymy go na maksa pobierze nawet 300 W, ale przy normalnym użytkowaniu weźmie najwyżej 30 W. Światła LED? 10 W do jazdy dziennej i 50-80 watów w nocy. Radio? Zwykle 5-10 watów (nie ma muzyki, która zmusiłaby system nagłośnienia do pracy choćby z połową jego mocy maksymalnej przez dłuższy czas). Komputer, radary, ekrany i inne? Łącznie jakieś 50 W. W sumie, gdy auto stoi, poza ogrzewaniem lub chłodzeniem, pobiera ok. 150-400 watów.
Na ile elektrykowi wystarczy energii w korku?
No dobrze, wiemy już ile co zużywa, więc przejdźmy do podsumowania. Zacznijmy od korków. Załóżmy praktycznie nierealny scenariusz, że godzinami tłuczemy się 10 km/h (nasz rekord w tej kategorii to przejechanie za kółkiem Porsche Taycan dystansu 39 km w ciągu ponad dwóch godzin gdzieś na autostradzie pod Paryżem, gdzie średnia prędkość wyszła na poziomie 18 km/h). Dołóżmy do tego jeszcze bardziej nierealny zbieg okoliczności – mamy akurat pełne słońce i 40 st. C na zewnątrz (nasz rekord to 39 st. C na południu Hiszpanii, podczas podróży Volkswagenem ID.4). Przy takim toczeniu się auto będzie pobierać niewiele ponad 2 kW, z czego większość na klimatyzację i nawiew. Zużycie energii wyjdzie nam na poziomie 21 kWh/100 km. W dodatku w takiej temperaturze pojemność baterii wzrośnie nam powyżej 100% wartości nominalnej. W efekcie moglibyśmy na pełnej baterii tłuc się w takim najdłuższym korku świata przez 370 km lub 37 godzin.
Gorzej będzie w takim korku zimą, przy -20 st. C, bo pobór skoczy już do 3 kW, a zużycie energii wyniesie 30 kWh/100 km. W dodatku pojemność baterii spadnie poniżej 100%. W tej ekstremalnej sytuacji na pełnej baterii przejedziemy 250 km, a więc np. z Poznania do Łodzi, o ile oczywiście wystarczy nam determinacji, aby tłuc się w ten sposób przez ponad dobę.
W takich korkach auto służy głównie za lodówkę (latem) lub piecyk (zimą) – zużywając większość energii na utrzymanie temperatury, a niewiele na napęd. Wbrew pozorom nie jest to jednak specjalnie wymagająca sytuacja dla elektryka. Zużycie energii na 100 km wyjdzie nam w tych sytuacjach mniejsze niż przy jeździe z prędkością 120 km/h.
Czytaj także: Kiedy skończą się lit i kobalt do baterii?
Wielogodzinne korki to jednak koszmar dla samochodów spalinowych. Latem, w upale, bez chłodzenia opływającym powietrzem, przy dodatkowym zapotrzebowaniu na pracę silnika obciążonego przez klimatyzację, wiele samochodów się poddaje, a część z nich staje w płomieniach. Podczas eRajdów przez południe Francji, Hiszpanii i Portugalii w ciągu dwóch lat widzieliśmy co najmniej trzy spalone wraki samochodów spalinowych czekające jeszcze na poboczach i dwa uprzątnięte już pogorzeliska.
Przez ile godzin elektryk „przetrwa” w zaspie?
Przejdźmy do ostatniego scenariusza – utknięcia gdzieś elektrykiem zimą, przy -20 st. C na zewnątrz. Auto będzie w tej sytuacji pobierać nieco ponad 2 kW na ogrzewanie i inne systemy pokładowe. Pełnej baterii wystarczy nam zatem na oczekiwanie przez 33 godziny.
Dla porównania to dłużej niż na pełnym baku byłoby w stanie wytrzymać wiele samochodów spalinowych, tracących po 1-2 litry paliwa na każda godzinę. W tak ekstremalnych warunkach elektryk ma też większą elastyczność – może znacząco ograniczyć zużycie energii, obniżając temperaturę (im będzie niższa, tym wolniej auto będzie się wychładzać). Kierowca może jednocześnie dogrzewać się sam w bardzo efektywny sposób – poprzez ogrzewanie fotela. Jak już ustaliliśmy, ludzkie ciało traci mniej więcej tyle samo ciepła (100 W), ile dostarcza ogrzewanie fotela. Optymalizując zużycie energii, w aucie elektrycznym z pełną baterią można by przetrwać zapewne 2-3 dni.
Czytaj także: Cała prawda o samochodach elektrycznych zimą
