Lataushäviö

Lataushäviö suuren tehon DC-latauksen aikana on latausaseman toimittaman energian ja lopulta ajoneuvon akkuun varastoidun energian välinen ero.

Erotus ei yleensä tarkoita, että laturi mittaisi epätarkasti. Julkiset DC-laturit käyttävät laskutuksessa säänneltyjä mittausjärjestelmiä, mutta ne mittaavat lataustapahtumaa – eivät akkukennoihin lopulta varastoituvan kemiallisen energian määrää.

Osa energiasta muuttuu lämmöksi kaapeleissa, liitännöissä, ajoneuvon laitteistossa ja itse akussa. Osa kuluu tarkoituksella akun lämmitykseen, jäähdytykseen, pumppuihin, tuulettimiin, ohjausyksiköihin ja muihin latauspysähdyksen aikana toimiviin järjestelmiin.

Tässä artikkelissa lataushäviö sisältää molemmat:

• fyysiset häviöt, jotka muuttavat sähköenergian lämmöksi
• ajoneuvon latauksen aikana käyttämän apuenergian

Apuenergia ei välttämättä ole hukkaan mennyttä energiaa. Akun lämmitys ja jäähdytys voivat olla tarpeen nopeaa, turvallista ja toistettavaa latausta varten. Tämä energia ei silti varastoidu akkuun.

Lataushäviön laskeminen

Lataushäviö ilmaistaan normaalisti prosentteina:

Lataushäviö = (Toimitettu energia - Varastoitu energia) / Toimitettu energia

Jos laturi toimittaa 70 kWh ja akku varastoi 66 kWh, arvioitu lataushäviö on:

(70 kWh - 66 kWh) / 70 kWh = 5.7%

Lataustehokkuus on käänteinen suure:

Lataustehokkuus = Varastoitu energia / Toimitettu energia

Tässä esimerkissä lataustehokkuus on noin 94.3%.

Vaikeus ei ole kaavassa, vaan siinä, että akkuun todella varastoituneen energian tarkka arvo saadaan selville.

Mitä laturi mittaa

Julkinen DC-laturi mittaa latauspysähdyksen aikana siirretyn sähköenergian. Tätä arvoa käytetään laskutuksen perusteena, ja se näkyy normaalisti laturin näytöllä tai latauskuitissa.

On tärkeää erottaa neljä eri arvoa:

• Laskutettu energia mitataan laturilla kWh-yksiköissä.
• Laturin teho on laturin ilmoittama hetkellinen latausnopeus kW-yksiköissä.
• Ajoneuvon latausteho mitataan tai arvioidaan ajoneuvossa.
• Akkuun lisätty energia täytyy yleensä laskea akkudatan perusteella tai arvioida varaustason muutoksesta.

Laturi ei mittaa kennoihin varastoitunutta lopullista kemiallista energiaa. Latauspysähdys voi siis olla mittauksen kannalta oikein laskutettu, vaikka akkuun varastoituvat kilowattitunnit ovat pienemmät kuin laturin ilmoittama määrä.

Mitä ajoneuvon näyttö kertoo

Autossa näkyvä latausteho voi olla hieman pienempi kuin laturin näyttämä teho.

Laturi ja ajoneuvo käyttävät erillisiä antureita ja laskelmia. Laturi mittaa oman hyväksytyn mittausjärjestelmänsä mukaisesti, kun taas ajoneuvo laskee arvon omassa suurjännitejärjestelmässään tehtyjen mittausten perusteella.

Ajoneuvon puolen tarkka mittauspiste vaihtelee valmistajittain. Rakenteesta riippuen näytetty teho voi tarkoittaa:

• ajoneuvoon tulevaa tehoa
• sisäisen suurjänniteväylän tehoa
• akkupakettiin päätyvää tehoa
• akunhallintajärjestelmän laskemaa arvoa

Autossa näkyvää lukemaa ei siis pidä automaattisesti tulkita kennostoon varastoituvaksi nettotehoksi. Akun sisäinen resistanssi, lämpöhallinnan kulutus, pienjännitekuormat ja muut häviöt voivat edelleen syntyä näytön arvoa ennen tai sen jälkeen.

Tämä selittää, miksi kolme eri lukemaa voivat kaikki olla oikeita:

1. laturi näyttää suurimman tehon tai energian
2. ajoneuvo näyttää hieman pienemmän latausarvon
3. akku varastoi vähemmän energiaa kuin kumpikaan arvo antaa ymmärtää

Lakisääteinen mittaus ja sertifiointi

Kaupalliseen laskutukseen käytettävään julkiseen latauslaitteistoon sovelletaan lakimetrologian vaatimuksia. Periaate on verrattavissa polttoainepumppuun: asiakkaalta on laskutettava mittausjärjestelmän perusteella, joka pysyy määritellyissä tarkkuusrajoissa.

Euroopan unionissa direktiivi (EU) 2026/706 muutti mittauslaitedirektiiviä niin, että se kattaa sähköajoneuvojen latauslaitteiden mittausjärjestelmät. Se tuli voimaan 9. huhtikuuta 2026. Jäsenvaltioiden on saatettava vaatimukset osaksi kansallista lainsäädäntöä huhtikuuhun 2028 mennessä ja sovellettava kansallisia toimia lokakuusta 2028 alkaen, mukaan lukien siirtymäsäännökset jo markkinoilla oleville laitteille ja sertifikaateille.

Direktiivissä siirtopiste määritellään pisteeksi, jossa energia siirtyy EVSE:n ja ajoneuvon välillä. Vaikka fyysinen mittari voi sijaita laturin kaapissa, hyväksytyn EVSE-mittausjärjestelmän on otettava huomioon energia, joka toimitetaan määritellyssä siirtopisteessä. Kaapelin lämpöä ei siis pidä yksinkertaisesti olettaa lisättävän täysimääräisesti asiakkaalta laskutettavaan energiaan.

Kansainvälisesti OIML G 22 antaa ohjeistusta, joka kattaa sekä AC- että DC-EVSE:n metrologiset ja tekniset vaatimukset, mukaan lukien hyväksynnän, varmennuksen, testauksen, metrologiset tiedot ja koko mittausjärjestelmän toiminnan.

Yhdysvalloissa NIST Handbook 44 sisältää sähköajoneuvojen energiantoimitusjärjestelmien tekniset vaatimukset ja tarkkuustoleranssit. NIST julkaisee myös testausmenetelmiä, joilla vähittäismyynnin EV-latauslaitteita arvioidaan näitä vaatimuksia vasten.

Nämä säännöt varmistavat, että kaupallinen tapahtuma mitataan oikeudenmukaisesti. Ne eivät tarkoita, että jokainen laskutettu kilowattitunti varastoituu ajoneuvon akkuun.

Missä lataushäviö syntyy

HPC-latauksen aikana latausasema muuntaa verkon AC-sähkön hallituksi DC-tehoksi ja syöttää sen ajoneuvon suurjännitejärjestelmään. Ajoneuvon sisäinen AC-laturi ohitetaan, mutta useita muita häviö- ja kulutuspisteitä jää jäljelle.

Tärkeimmät tekijät ovat:

• kaapelin ja liittimen resistanssi
• ajoneuvon sisääntulon ja koskettimien resistanssi
• kontaktorit, virtakiskot, anturit ja suurjännitejohdotus
• jännitteen muunnos tarvittaessa
• akun kennojen sisäinen resistanssi
• akun lämmitys ja jäähdytys
• jäähdytysnesteen pumput, tuulettimet, venttiilit ja kompressorit
• akunhallinta ja muut ohjauselektroniikan osat
• DC/DC-syöttö pienjännitejärjestelmälle

SoC:n pyöristyksestä tai kapasiteettiarvioista johtuvat erot eivät ole fyysisiä lataushäviöitä. Ne ovat epävarmuuden lähteitä, kun häviötä yritetään laskea julkisesti saatavilla olevan latausdatan perusteella.

Kaapelin ja liittimen häviöt

Suuri virta synnyttää lämpöä johtimissa ja sähkökontakteissa. HPC-kaapelit ovat siksi usein nestejäähdytteisiä, jotta ne voivat johtaa useita satoja ampeereja ilman, että niistä tulee liian paksuja, raskaita tai kuumia.

Fyysinen energiamittari voi sijaita latauskaapin sisällä, kiinteästi asennetun kaapelin alkupäässä. Lakimetrologiassa kuitenkin huomioidaan koko mittausjärjestelmän toiminta ja sen määritelty siirtopiste, ei pelkästään mittarikomponentin sijainti.

Kaapelin ja liittimen häviöt ovat silti teknisesti merkityksellisiä. Ne vaikuttavat lämpörajoihin, kaapelin jäähdytykseen, laturin hyötysuhteeseen ja enimmäisvirtaan, jota laitteisto voi ylläpitää.

Nämä häviöt korostuvat 500–800 ampeerin alueella. Tällaisilla virroilla pienetkin muutokset kontaktivastuksessa, johtimen lämpötilassa, kaapelirakenteessa ja liittimen jäähdytyksessä voivat vaikuttaa merkittävästi lämmönmuodostukseen.

Ajoneuvon puolen sähköhäviöt

Ajoneuvoon siirtymisen jälkeen latausvirta kulkee sisääntulon, kontaktorien, virtasensoreiden, virtakiskojen, suurjännitejohtojen ja mahdollisesti jännitemuunnoslaitteiston kautta ennen kuin se saavuttaa akun.

Jokaisella johtimella ja liitoksella on tietty resistanssi. Resistanssi voi olla hyvin pieni, mutta HPC-latauksen virta on suuri.

Sähkön lämpeneminen noudattaa kaavaa:

Tehohäviö = Virta² × Resistanssi

Koska virta on toiseen potenssiin, virran kaksinkertaistaminen tuottaa nelinkertaisen resistiivisen häviön, jos resistanssi pysyy muuttumattomana.

Karkeaa vertailua varten:

• 200 kW 400 voltissa vaatii noin 500 ampeeria
• 200 kW 800 voltissa vaatii noin 250 ampeeria

Tämä on yksi syy siihen, miksi korkeajännitearkkitehtuurit ovat hyödyllisiä nopeassa latauksessa. Ne voivat tuottaa saman tehon pienemmällä virralla, mikä vähentää resistiivistä lämpenemistä kaapeleissa, liittimissä ja suurjännitejohtimissa.

Todellinen akun jännite muuttuu SoC:n ja kuorman mukaan, joten ”400 voltin” ja ”800 voltin” järjestelmät ovat arkkitehtuuriluokkia eivätkä kiinteitä käyttöjännitteitä.

Akun sisäinen häviö

Litiumioniakuissa on sisäinen resistanssi. Kun latausvirta kulkee kennojen läpi, osa saapuvasta energiasta muuttuu lämmöksi eikä varastoiduksi kemialliseksi energiaksi.

Akun sisäinen häviö vaihtelee seuraavien tekijöiden mukaan:

• kennokemia
• kennomuoto ja elektrodirakenne
• akun lämpötila
• latausvirta
• varaustaso
• akun ikä
• valmistajan latausstrategia

Häviö ei ole vakio koko latauspysähdyksen ajan. Kennoissa voi syntyä enemmän lämpöä suurvirralatauksen aikana, kun taas lataus lähellä täyttä SoC:ta käyttää pienempää virtaa mutta kestää pidempään.

Jos akun lämpötila nousee suositellun toiminta-alueen yläpuolelle, ajoneuvo pienentää lataustehoa tai lisää jäähdytysponnistusta. Jos akku on liian kylmä, ajoneuvo voi käyttää osan saapuvasta energiasta sen lämmittämiseen.

Kahdella sähköautolla, joilla on sama ilmoitettu huippulatausteho, voi siis olla erilainen lataustehokkuus ja lämpökäyttäytyminen.

Lämpöhallinnan energiankäyttö

Teholataus on myös lämpöhallintaprosessi.

Latauspysähdyksen aikana ajoneuvo voi käyttää:

• jäähdytysnesteen pumppuja
• jäähdyttimen tuulettimia
• kylmäainekompressoria
• jäähdytysnesteventtiilejä
• akun jäähdytintä
• suurjännitelämmitintä
• lämpöpumppua
• akun ja latauksen ohjausyksiköitä

Nämä järjestelmät kuluttavat sähköenergiaa, mutta niiden tarkoitus on pitää kennot ja latauslaitteisto hyväksyttävällä lämpötila-alueella.

Päivitetty Porsche Taycan havainnollistaa lämpöjärjestelmän mittakaavaa, jota jatkuva HPC-lataus edellyttää. Porsche ilmoittaa latauksen olevan mahdollista enintään 320 kW:lla soveltuvalla 800 voltin laitteistolla, ja yli 300 kW on käytettävissä jopa viiden minuutin ajan sopivissa olosuhteissa. Porsche on myös todennut, että uudistettu akun jäähdytyslevy kasvatti jäähdytystehoa 6:sta 10 kW:iin.

10 kW -arvo kuvaa lämmönpoistokapasiteettia, ei välttämättä 10 kW:n sähköistä kulutusta. Kylmäainepohjainen jäähdytysjärjestelmä voi siirtää enemmän lämpöenergiaa kuin sen kompressorin, pumppujen ja tuulettimien sähköteho kuluttaa.

Siitä huolimatta lämpöjärjestelmän käyttämä sähköenergia vähentää latauspysähdyksen aikana varastoitavaksi jäävää määrää. Sen vaikutus on suhteellisen pieni silloin, kun akku vastaanottaa yli 300 kW, mutta se korostuu, kun latausteho laskee tai kun lämmitys tai jäähdytys jatkuu pidempään.

Miten lämpötila vaikuttaa lataushäviöön

Kylmä akku

Kylmä akku ei yleensä voi vastaanottaa suurinta lataustehoaan. Ajoneuvo voi siksi lämmittää akkua ennen saapumista, latauksen aikana tai molemmissa vaiheissa.

Kun akun lämmitys tapahtuu laturiin kytkettynä, osa toimitetusta energiasta kuluu lämmittimeen ja jäähdytysjärjestelmään sen sijaan, että SoC nousisi.

Tämä voi tehdä laskutetun energian ja akkuun lisätyn energian välisestä todellisesta erosta huomattavasti suuremman kuin lämpimässä säässä tapahtuvassa latauksessa.

Reittipohjainen akun esilämmitys voi parantaa tulosta. Ajoneuvo käyttää energiaa ajon aikana saadakseen akun lähemmäs haluttua latauslämpötilaa, jolloin lataus voi alkaa nopeammin saapumisen jälkeen. Esilämmitys ei tee lämmitysenergiasta ilmaista, mutta se muuttaa sitä, milloin ja missä tämä energia kulutetaan.

Kuuma akku

Kuuma akku saattaa vaatia aktiivista jäähdytystä latauksen aikana. Näin voi tapahtua seuraavien jälkeen:

• pitkäkestoinen suurinopeuksinen ajo
• vuoristossa ajaminen
• toistuvat HPC-latauspysähdykset
• korkea ympäristön lämpötila
• voimakas kiihdytys juuri ennen latausta

Kompressori, jäähdytysnesteen pumput ja jäähdyttimen tuulettimet voivat toimia suurella teholla. Jos lämpöjärjestelmä ei pysty ylläpitämään vaadittua kennolämpötilaa, ajoneuvo pienentää lataustehoa.

Kuljettaja voi huomata äänekkäät jäähdyttimen tuulettimet, ajoneuvosta tulevan lämpimän ilman tai odotettua alemman latauskäyrän.

Miten SoC vaikuttaa lataushäviöön

Lataushäviö ei ole vakio latauskäyrän eri kohdissa.

Matalalla ja keskitasoisella SoC:lla lämmin akku voi vastaanottaa hyvin suurta virtaa. Tämä tuottaa enemmän resistiivistä lämpöä kennoissa ja suurjännitekomponenteissa.

Korkeammalla SoC:lla latausteho laskee ja virta pienenee. Hetkelliset resistiiviset häviöt voivat silloin olla pienempiä, mutta jäljellä oleva latauspysähdys kestää pidempään. Pumput, tuulettimet, ohjausyksiköt ja muut järjestelmät kuluttavat edelleen tehoa koko tämän ajan.

Lataus 80:stä 100 prosenttiin voi siis olla ajankäytön ja apuenergian kannalta suhteellisen tehotonta, vaikka virta on pienempi kuin latauspysähdyksen suuritehoisessa osassa.

Tämä on yksi syy siihen, miksi 10–80 % on vakiintunut yleisimmäksi alueeksi DC-pikalatauksen suorituskyvyn vertailussa.

Akun energian arviointi SoC:n perusteella

Lataustesteissä varastoitua energiaa arvioidaan usein SoC:n muutoksen ja ajoneuvon ilmoittaman käytettävissä olevan akkukapasiteetin perusteella.

Esimerkiksi:

80 kWh käytettävissä oleva kapasiteetti × 70% SoC-nousu = 56 kWh arvioitu akkuun lisätty energia

Jos laturi ilmoittaa 59 kWh saman 10–80 % latauspysähdyksen aikana, laskettu häviö olisi:

(59 kWh - 56 kWh) / 59 kWh = 5.1%

Tämä laskelma on hyödyllinen, mutta ei tarkka mittaus.

Mahdollisia epävarmuuden lähteitä ovat:

• pyöristetyt SoC-arvot
• epälineaarinen SoC-raportointi
• tuntematon akun lämpötila
• lämpötilan mukaan muuttuva käytettävissä oleva kapasiteetti
• ylä- ja alapuskurin hallinta
• akun ikääntyminen
• BMS:n kalibrointi
• apukulutus latauspysähdyksen aikana
• pienet aikaviiveet mittausten välillä

Esimerkiksi näytetty muutos 10 prosentista 80 prosenttiin ei todista, että akku on saanut täsmälleen 70.00 % senhetkisestä käytettävissä olevasta kapasiteetistaan.

Miksi latauspysähdys ei voi mitata akun SOH:ta

Julkinen latauskuitti ei kelpaa suoraan akun kapasiteetin tai kunnon testiksi.

Oletetaan, että sähköauto latautuu 10 prosentista 80 prosenttiin ja laturi ilmoittaa 63 kWh toimitetuksi energiaksi. Jakamalla 63 kWh 70 prosentilla saataisiin oletettu akun kapasiteetiksi 90 kWh.

Tämä johtopäätös olisi epäluotettava, koska 63 kWh sisältää enemmän kuin akkuun varastoituneen energian. Se voi sisältää myös:

• sähkö- ja akkuhäviöt
• akun lämmityksen tai jäähdytyksen
• pumput, tuulettimet ja ohjausjärjestelmät
• pienjännitejärjestelmälle syötetyn energian
• energian, jota kuluu ajoneuvon ollessa hereillä

SoC-arvot tuovat mukanaan lisäepävarmuutta pyöristyksen, BMS-arvioinnin, lämpötilasta riippuvan käytettävissä olevan kapasiteetin, puskurinhallinnan ja mahdollisen uudelleenkalibroinnin kautta.

Yksittäinen latauspysähdys sisältää siis liian monta tuntematonta muuttujaa akun heikkenemisen eristämiseksi.

Toistuvat latauspysähdykset samanlaisissa olosuhteissa voivat paljastaa karkean trendin, mutta ne eivät silti vastaa hallittua kapasiteettitestiä. Parempia lähteitä SOH:n arviointiin ovat:

• akunhallintajärjestelmän tiedot
• valmistajan diagnostiikkatyökalut
• toistetut hallitut purku- ja lataustestit
• mitattu akun virta ja jännite määritellyn jakson aikana
• pitkän aikavälin käytettävissä olevan kapasiteetin trendit vertailukelpoisissa olosuhteissa

Myös näissä menetelmissä on huomioitava akun lämpötila, SoC:n kalibrointi ja valmistajan puskuristrategia.

Laturin kWh kertoo, kuinka paljon energiaa laturi toimitti. Se ei suoraan kerro, kuinka paljon käytettävissä olevaa akkukapasiteettia on jäljellä.

Miten EVKX käsittelee lataushäviötä

EVKX:n latauskäyrät perustuvat laturin puolen lataustehoon. Tämä vastaa sitä, mitä kuljettaja kokee julkisella laturilla: toimitettu teho, latausaika ja laturin toimittama energia.

Jotta laturin toimittama energia voidaan muuntaa arvioiduksi akkuenergiaksi, EVKX käyttää tällä hetkellä tasaista 5% lataushäviöoletusta.

Arvioitu akkuenergia = Laturin toimittama energia × 0.95

Esimerkiksi:

50 kWh × 0.95 = 47.5 kWh

EVKX arvioisi siis:

• laturi toimitti 50 kWh
• 2.5 kWh lataushäviötä ja apukulutusta
• 47.5 kWh varastoitui akkuun

5% arvo on laskentaoletus, ei mitattu arvo jokaiselle ajoneuvolle tai latauspysähdykselle.

Todellinen lataushäviö voi olla pienempi tai suurempi riippuen:

• akun ja ympäristön lämpötilasta
• latausvirrasta
• varaustasosta
• akun kemiasta ja pakettirakenteesta
• kaapelista ja latauslaitteistosta
• lämpöhallinnan toiminnasta
• ajoneuvon apukulutuksesta

Yhden yhtenäisen oletuksen käyttäminen tekee EVKX:n latausvertailuista helpommin toistettavia eri ajoneuvojen välillä. Tuloksena olevia arvoja tulee tulkita vertailevina arvioina, ei laboratoriomittauksina akun energiasta.

Sama rajoitus koskee laskettua toimintamatkaa minuutissa. Se riippuu sekä arvioidusta akkuenergiasta että oletetusta kulutusarvosta.

Mitä lataushäviö tarkoittaa kuljettajille

Lataushäviö havaitaan yleensä epäsuorasti eikä erillisenä arvona.

Se voi näkyä esimerkiksi näin:

• laskutettu kWh-määrä on suurempi kuin SoC-nousun perusteella odotettiin
• laturin ja ajoneuvon näytöissä näkyy eri teho
• energiankulutus kasvaa talvilatauksessa
• jäähdytysjärjestelmä on äänekäs kuumalla säällä tai toistuvassa latauksessa
• kustannus käytettävää kWh:ta kohti on korkeampi kuin pelkkä laturin hinta antaa ymmärtää

Lataushäviö on vain yksi osa käytännön latauskokemusta. Pitkillä matkoilla latauskäyrän muoto, laturien saatavuus, akun esilämmitys, luotettavuus ja latauspysähdyksen kesto ovat yleensä huomattavampia.

Yksityiskohtaisissa latausvertailuissa toimitetun ja varastoidun energian ero on kuitenkin olennainen. Laturi voi olla tarkka ja laskuttaa latauspysähdyksen oikein, vaikka akku varastoi vähemmän energiaa kuin laturi toimitti.

Aiheeseen liittyvät termit

• High-Power Charging
• DC Fast Charging
• Latauskäyrä
• Akun esilämmitys
• Lataustehokkuus
• Varaustaso
• Akun kunto
• Käytettävissä oleva akkukapasiteetti
• Akun lämpöhallinta
• Lakimetrologia