Miten sähköauto toimii?

Maailman siirtyessä kohti kestävämpää tulevaisuutta, myös pihatiellä latautuvat kiiltävät sähköautot ovat yleistymässä. Yhä useammat ihmiset valitsevat bensiini- tai dieselautojen sijaan täyssähköautot, mikä muuttaa autoteollisuutta ja käytettyjen ajoneuvojen markkinoita.

Mutta miten sähköauto toimii ja mitä omistajien ja mahdollisten ostajien tulisi tietää niistä?

Tutustumme seuraavaksi sähköautojen sisäiseen toimintaan, eli niiden taustalla olevaan teknologiaan ja siihen, miten ne eroavat bensakäyttöisistä autoista.

Mikä on sähköauto ja miten se toimii?

Sähköauto on auto, joka käyttää polttomoottorin sijasta sähkömoottoria ja varastoi kaiken virran ladattaviin akkuihin.

Monissa moderneissa sähköautoissa on useampi kuin yksi sähkömoottori, mikä parantaa niiden suorituskykyä ja pitkäikäisyyttä.

Miten sähköauto toimii?

Energia otetaan akusta ja muunnetaan sähkömoottorin avulla voimaksi. Sen jälkeen kaikki on täsmälleen samanlaista kuin kaasukäyttöisessä autossa – akselit, renkaat ja jarrut.

Sähköautoissa on noin 20 liikkuvaa osaa voimansiirrossa, kun taas bensa- ja dieselautoissa niitä on noin 200. Siksi sähköautot vaativat vähemmän huoltoa ja voivat olla erittäin luotettavia.

Yksi sähköautojen tärkeimmistä ominaisuuksista on se, kuinka pitkälle sähköautolla voi ajaa yhdellä latauksella. Perinteisten autojen omistajat voivat avata takakontin ja tankata auton milloin tahansa bensakanisterin avulla, kun taas sähköautot on ladattava latausasemilla, mikä vaatii enemmän aikaa ja suunnittelua.

Yleensä pidemmän toimintasäteen omaavissa sähköautoissa on suuremmat akut ja ne ovat kalliimpia, mutta sinun ei tarvitse ostaa muutaman sadan kilometrin toimintasäteellä toimivaa sähköautoa, jos tarvitset autoa vain kaupunkiajoon.

Lyhyt katsaus sähköautojen akkuihin

Polttomoottoriajoneuvot tarvitsevat vain yhden 12 voltin akun kaikkien sähköjärjestelmien käyttöön, mutta sähköajoneuvojen 400 voltin moottorit vaativat paljon enemmän.

Et tule löytämään sähköautolle korvaavaa akkua paikallisesta kaupasta sadalla eurolla. Useimmissa sähköautoissa on pohjalle sijoitetut suuret akkupaketit, jotka tuottavat energiaa satoja kilometrejä ilman latausta.

Mitä sähköauton akun sisällä on?

Autovalmistajat käyttävät useita erilaisia akkuja täyssähköisten malliensa virtalähteenä.

Esimerkiksi sähköautojen litiumioniakut koostuvat tuhansista tavallisista ladattavista litiumioniparistoista, jotka ovat samanlaisia kuin television kaukosäätimessä olevat paristot. Tämä on kuluttajaelektroniikassa yleisimmin käytetty akkutyyppi, koska se kestää 3 000–5 000 lataussykliä ja tarjoaa korkean teho-painosuhteen.

Toinen tunnettu tyyppi on lyijyakku. Se koostuu lyijylevyistä, jotka on upotettu rikkihappoelektrolyyttiin. Sen valmistus on erittäin halpaa – siksi lyijyakut ovatkin edelleen hyvin suosittuja autoilijoiden keskuudessa.

Niitä ei kuitenkaan käytetä pääasiallisina sähköautojen akkuina, koska ne ovat liian painavia ja menettävät kapasiteettiaan melko nopeasti.

Olet ehkä kuullut myös nikkelimetallihybridi- ja puolijohdeakuista. Jälkimmäiset ovat melko uusia ja vielä kehitteillä, mutta nikkelimetallihybridiakkujen rakenne taas on samanlainen kuin litiumioniakkujen.

Nikkelimetallihybridiakkuja käytetään vain hybridisähköajoneuvoissa, koska niiden itsepurkautumisnopeus on suuri, ne tuottavat enemmän lämpöä ja ovat kalliimpia kuin litiumioniakut.

Miten sähköautojen akut varastoivat ja vapauttavat energiaa?

Sähköautojen akut toimivat varastoimalla kemiallista energiaa, jota käytetään sähkömoottorin voimanlähteenä. Litiumioniakkujen yksittäisissä kennoissa on positiivinen ja negatiivinen elektrodi, jotka on upotettu elektrolyyttiin, joka erottaa ne toisistaan.

Kun akkua ladataan, elektrolyytissä olevat litiumionit liikkuvat kohti katodia (positiivinen elektrodi), joka imee ionit. Samalla anodi (negatiivinen elektrodi) vapauttaa elektroneja, jotka virtaavat ulkoisen virtapiirin läpi ja antavat virtaa ajoneuvon sähkömoottorille.

Kun ajat autoa, prosessi on päinvastainen. Katodi vapauttaa litiumionit takaisin elektrolyyttiin, kun taas anodi imee elektroneja, jotka kiertävät sähkömoottorin läpi.

Akun kapasiteetti mitataan kilowattitunteina (kWh), joten mitä suurempi kapasiteetti, sitä enemmän energiaa akku voi varastoida.

Asiat, jotka sinun tulee tietää sähköauton lataamisesta

Kun omistat sähköauton, lataamisesta tulee päivittäinen tehtävä. Siksi sinun on hyvä tietää, miten se toimii ja kuinka paljon sähköauton lataaminen maksaa.

Sähköautojen valmistajat käyttävät erilaisia akkuja ja latureita, joten laturit voidaan jakaa kolmeen tasoon:

• Taso 1. Hitain ja yksinkertaisin latausmenetelmä, jossa 120 voltin laturi kytketään tavalliseen pistorasiaan. Vaikka se ei vaadi mitään ylimääräisiä asennuksia, se tarjoaa vain enintään 7–8 kilometrin latauksen tunnissa, joten sähköautoa ei voi ladata täyteen yön aikana.
• Taso 2. Näitä latureita on usein julkisilla paikoilla ja asuinalueilla. Tason 2 lataus tarjoaa jopa 128 kilometrin toimintasäteen tunnissa, joten voit ladata auton täyteen yön aikana, vaikka akku olisi tyhjä. Tällaiset laturit vaativat kuitenkin vähintään 208 voltin erillisen virtapiirin ja tehokkaan virtajohdon pistorasiasta. Tason 2 laturin asentaminen on kallista, mutta ehdottomasti kannattava investointi.
• Taso 3. Tämä on nopein saatavilla oleva lataustyyppi. Se käyttää jopa 900 volttia, sen asentaminen maksaa kymmeniä tuhansia euroja, ja se tarjoaa jopa 32 kilometrin toimintasäteen minuutissa. Koska useimmat sähköautot voidaan ladata täyteen 15–20 minuutissa tason 3 laturilla, niitä kutsutaan suurteho- tai DC-pikalatureiksi. Niitä on julkisissa tiloissa, mutta yksityiskodeissa ne ovat hyvin harvinaisia.

Kuten näet, sähköauton latausajan pituus riippuu pääasiassa latausaseman tyypistä.

Useimmat sähköauton omistajat asentavat koteihinsa tason 2 latausasemat, jotta auton akku on täynnä joka aamu. Jos kuitenkin työpaikallasi on latausasema, voit tyytyä tason 1 laturiin, koska et tule käyttämään sitä usein.

Lataaminen julkisilla paikoilla ei kuitenkaan ole enää yhtä kätevää kuin ennen, sillä monet hallitukset eivät enää tarjoa tätä palvelua ilmaiseksi – sähköauton lataaminen julkisilla paikoilla maksaa usein enemmän kuin kotona.

Sinun kannattaa laskea, kuinka paljon sähköauton lataaminen kotona maksaa ennen kuin valitset laturityypin, koska se voi olla moninkertaisesti halvempaa, varsinkin jos voit metsästää alempia sähkön hintoja.

Sähköautojen akut latautuvat myös auton jarruttaessa regeneratiivisen jarrutuksen ansiosta. Tämä järjestelmä käyttää jarrutusvoimaa lähettääkseen virtaa akkuun ja säilyttääkseen jarrujärjestelmän osat, joten tilanne on molempien kannalta hyödyllinen.

Sähköauton sähkömoottori

Sähköajoneuvojen voimanlähteenä käytetään vaihtovirtamoottoreita. Samankaltaisia mutta vähemmän tehokkaita moottoreita on pesukoneissa, uuneissa ja muissa laitteissa.

Kaikki sähkömoottorit koostuvat pääasiassa kolmesta osasta – staattorista, roottorista ja kotelosta. Kun staattoriin syötetään virtaa, sähkömagneettinen kenttä pyörittää roottoria ja muuttaa virran mekaaniseksi energiaksi.

Sähkömoottorin yksinkertaisuus tuo mukanaan suuren luotettavuuden. Sähkömoottorit eivät vaadi huoltoa, kun taas polttomoottorit vähentävät kitkaa, ylläpitävät polttoaineseosta, polttoaineen painetta sekä ilman ja nesteen lämpötiloja. Siksi ne vaativat tarkkaa säännöllistä huoltoa.

Viimeaikaiset raportit paljastavat, että monet sähköautot ovat markkinoiden vähiten luotettavien ajoneuvojen joukossa, mutta ongelmat liittyvät yleensä ohjelmistoihin, tietotekniikkaan ja sisätilojen laatuun – sähkömoottorit tai voimansiirrot eivät aiheuta ongelmia.

Sähköautojen edut

Sähköautot ovat kasvattamassa suosiotaan niiden ympäristö- ja talousetujen vuoksi. Nykyään sähköautoilu vaikuttaa hyvältä tavalta vähentää ilmansaasteita ja edistää vihreämpää ympäristöä, varsinkin kun hallitukset kannustavat ihmisiä ostamaan sähköautoja tarjoamalla erilaisia etuja.

Tässä on muutamia suosittuja syitä sähköautoiluun siirtymiseen.

Positiivinen vaikutus ympäristöön

Sähköautoissa ei ole moottoria, joten ne eivät tuota ilmaan pakokaasupäästöjä. Olet ehkä kuullut, että sähköautot ovat sitäkin haitallisempia, koska akkujen valmistus on erittäin vahingollista, mutta se on myytti – sähköauton kasvihuonepäästöt ovat elinkaarensa aikana paljon pienemmät kuin fossiilisia polttoaineita käyttävien autojen, vaikka akkujen valmistus otettaisiin huomioon.

Laskemalla, kuinka paljon hiilidioksidipäästöjä sähköauto tuottaa selviää, että jopa akkujen valmistus mukaan luettuna sähköautot tuottavat lähes kolme kertaa vähemmän hiilidioksidia vuodessa kuin tavalliset ajoneuvot.

Jokaisen sähköauton ostajan tulisi myös selvittää mikä on sähköautojen verotus omassa maassaan. Tällä hetkellä monet maat rohkaisevat ihmisiä valitsemaan sähköauton tarjoamalla ne ilman verotusta, mutta tämä ei tule kestämään ikuisesti, koska maiden on edelleen kerättävä rahaa teitä ja julkista liikennettä varten.

Sähköautot ovat hauskoja

Vaikka jotkut pitävät sähköajoneuvoja edelleen tylsinä ja hitaina, nykyaikaiset sähköautot ovat itse asiassa varsin nopeita ja houkuttelevia.

Esimerkiksi Polestar 2:n nopeus 0–100 km/h on 4,2 sekuntia. Tesla Model Y, valmistajan suosituin malli, tekee sen 3,7 sekunnissa. Jos haluaisit tällaisen kiihtyvyyden bensiiniautolla, tarvitsisit bensaa ahmivan urheiluauton.

Lisäksi sähköautojen raskaat akut luovat matalan painopisteen, mikä tarkoittaa, että ne kulkevat hallitummin.

Matkat ovat erittäin mukavia

Sähköajoneuvot soveltuvat monien seikkojen vuoksi erinomaisesti pitkille automatkoille. Ensinnäkin ne ovat erittäin tasaisia ja hiljaisia, joten moottorin ääni ja tärinä eivät väsytä sinua. Koska sähköajoneuvot ovat akkupaketin ansiosta painavia, ne tarjoavat pehmeämmän ajotuntuman, etkä tunne kuoppia ja muita tien epätasaisuuksia yhtä selvästi.

Monissa maissa on sähköautojen latausasemia, joten rajoitettu toimintasäde ei ole enää ongelma. Myös erilaiset älysovellukset ja -järjestelmät tekevät matkoistasi mukavampia. Ne voivat jopa suunnitella matkan puolestasi – sinun tarvitsee vain syöttää määränpääsi, ja sovellus etsii optimaalisen reitin ja merkitsee jokaisen pysähdyksen, joka sinun on tehtävä akun lataamiseksi.

Halvempi huolto

Kaikkien mekaanisten painajaisten korvaaminen yksinkertaisella sähkömoottorilla takaa yksinkertaisen huollon ja lisää tehoa.

Koska akkusähköajoneuvoissa ei ole öljyä, sytytystulppia, polttoainejärjestelmää, jakohihnaa, pakoputkea ja monia muita osia, joita tavanomaisissa autoissa on, niiden huolto on huomattavasti halvempaa. Satoihin tuhansiin kuljettajiin perustuvan tutkimuksen jälkeen Consumer Reports paljasti, että sähköautojen omistajat maksavat keskimäärin 4 600 dollaria elinkaarensa aikana säännöllisestä huollosta ja korjauksista, kun taas tavanomaisten autojen omistajat maksavat 9 200 dollaria.

Mutta suuri kysymys on – kuinka paljon sähköauton akku maksaa?

Tyypillisesti niiden hinnat alkavat noin 4 000 eurosta ja voivat autosta riippuen nousta jopa 30 000 euroon. Onneksi akut heikkenevät hyvin hitaasti ja voivat kestää jopa 20 vuotta, jos niitä huolletaan asianmukaisesti.

Useita latausvaihtoehtoja

Sähköajoneuvojen latausvaihtoehdot perustuvat aiemmin kuvattuihin kolmeen tasoon, mutta myös ne voivat vaihdella.

Monet tason 1 ja 2 laturit ovat kuljetettavia, joten voit ladata sähköauton kotona ja sitten uudelleen 200 kilometrin päässä asuvien sukulaistesi luona ilman pysähdyksiä. Muista kuitenkin selvittää, kuinka paljon sähköauton latausasema maksaa jotta voit varmistaa, että valitset sinulle toimivan vaihtoehdon.

Ja vaikka joutuisitkin pysähtymään, maailmassa on yli 2 miljoonaa julkista latausasemaa, ja niiden määrä kasvaa joka vuosi.

Mitä ominaisuuksia hyvällä sähköautolla tulee olla?

Vaikka sähköautojen suosio kasvaa nopeasti, ne eivät ole vielä läheskään vallanneet markkinoita. Jotkut valittavat niiden korkeista hinnoista, kun taas toiset eivät yksinkertaisesti ole vielä valmiita muutokseen.

Uudet sähköautot kehittyvät nopeasti, mikä tekee niistä entistä kiinnostavamman vaihtoehdon. Mutta mitkä ominaisuudet tekevät sähköautosta todella hyvän?

Voit helposti selvittää sähköauton tärkeimmät ominaisuudet ymmärtämällä, miksi ihmiset ostavat ja miksi he eivät osta sähköautoja.

Useimmat ihmiset ostavat niitä, koska he haluavat alhaisemmat polttoaine- ja käyttökustannukset ja paremman ajokokemuksen, ja jotkut haluavat osoittaa huolensa ilmastonmuutoksesta. Tämä osoittaa, että ollakseen hyvä, sähköauton on oltava taloudellinen, luotettava ja sen on tarjottava kohtuulliset mukavuudet ja ominaisuudet.

"Kantama-ahdistus", korkea hinta ja epätavallinen muotoilu kuitenkin karkottavat edelleen monia potentiaalisia ostajia, joten hyvässä sähköajoneuvossa pitäisi olla nopea kannettava laturi, sen pitäisi maksaa vähemmän ja sen pitäisi olla houkuttelevan näköinen. Viimeaikaiset trendit osoittavat, että kilpailun kasvaessa valmistajat tarjoavat parempia ominaisuuksia, alentavat hintoja ja ottavat asiakkaiden tarpeet vakavammin.

Tällä hetkellä Chevrolet Bolt EV, Kia Niro EV ja Hyundai Ioniq 5 ovat parhaita sähköautoja päivittäiseen käyttöön. Ne ovat kohtuuhintaisia, niissä on kohtuullinen kantama, eivätkä ne näytä lentäviltä lautasilta. Tällaiset mallit sopivat erinomaisesti ensikertalaisille sähköauton ostajille, jotka muodostavat suurimman osan sähköautojen ostajista.

Tulevaisuudessa asiakkaiden ei pitäisi olla yhtä huolissaan siitä, kuinka paljon sähköauto maksaa kuin nyt, koska sähköautojen hinnat laskevat joka vuosi.

Kaiken kaikkiaan sähköautojen voimanlähteenä toimii yksinkertainen perinteinen sähkömoottori, joten niissä on kymmenesosa tavanomaisten autojen liikkuvista osista. Vaikka jotkin sähköautojen osat ovat vielä ongelmallisia, näyttää siltä, että tulevaisuuden automme voivat toimia ongelmitta useiden kilometrien ajan.