Akun suojavara ja käytettävissä oleva kapasiteetti

Sähköauton bruttokapasiteetti, nettokapasiteetti eli käytettävissä oleva kapasiteetti ja näytön 100–0%:n välinen energia tarkoittavat eri asioita. Suojavarat rajaavat käyttöikkunaa, ja joissakin autoissa energiaa on käytettävissä myös näytön 0%:n alapuolella.

Bruttoenergia, nettoenergia ja näytön rajaama energia

Valmistajat ja testiorganisaatiot käyttävät termejä brutto, nimellinen, netto ja käytettävissä oleva erilaisten mittauskäytäntöjen yhteydessä. Tässä luvussa kWh-lukemat kuvaavat energiaa. Mittauksen alku- ja loppuehdot ratkaisevat, mitä voidaan verrata.

Bruttokapasiteetti on valmistajan ilmoittama kokonaisenergiasisältö ennen kuljettajan käytettävissä olevan käyttöikkunan rajaamista. Se on nimellisarvo määritellyissä olosuhteissa, ei kaikki energia, joka voitaisiin ottaa ulos ylittämällä kennojen sallitut rajat.

EVKX määrittelee netto- eli käytettävissä olevan kapasiteetin kaikeksi kuljettajan käytettävissä olevaksi energiaksi näytön 100%:sta siihen asti, kunnes veto lakkaa. Tähän sisältyy mahdollinen käytettävissä oleva reservi näytön 0%:n alapuolella. Valmistajat voivat käyttää netto- tai käytettävissä olevalle kapasiteetille eri rajausta, joten tarkista lähteen määritelmä. Sanaston kohta Akun brutto- ja nettokapasiteetti selittää käsitteet lyhyesti.

Näytön rajaama energia kattaa vain välin näytön 100%:sta 0%:iin. Samoissa olosuhteissa:

Energia näytön välillä 100–0% = nettokapasiteetti − käytettävissä oleva reservi nollan alapuolella

Kuvitteellisessa akussa on 80 kWh nettokapasiteettia, josta 3 kWh on käytettävissä näytön 0%:n alapuolella:

Energia näytön välillä 100–0% = 80 − 3 = 77 kWh

Reservin 3 kWh sisältyy nettokapasiteettiin. Käyttöön pääsemätön alempi suojavara jää sen ulkopuolelle myös vedon lakattua.

Julkaistut brutto- ja nettolukemat

Seuraavat valmistajien luvut havainnollistavat ilmoitettua brutto- ja nettokapasiteetin eroa. Erotus on laskettu kunkin lähteen omasta lukuparista.

Erot ovat vastaavasti 5,1%, noin 7,0% ja noin 7,6% bruttoluvuista. Ne eivät kerro, miten suojavara jakautuu käytettävissä olevan ikkunan ylä- ja alapuolelle tai paljonko energiaa on jäljellä näytön nollan jälkeen. Näistä rajoista tarvitaan erillistä tietoa kyseiselle akkuversiolle.

Miten suojavarat toimivat

Akunhallintajärjestelmä (BMS) ohjaa sitä, kuinka pitkälle samoja kennoja voidaan ladata ja purkaa. Se seuraa kennoryhmien jännitteitä ja muita mittauksia pitääkseen toiminnan sallituissa rajoissa. Analog Devices: SOC:n ja SOH:n arviointi Suojavara on kuljettajan käytettävissä olevan ikkunan ulkopuolelle jätetty osa.

Kaavio kuvaa periaatetta: sen jännitemerkinnät ovat havainnollistavia, eivät sähköautojen yleispäteviä rajoja. Prosenttiasteikkoa ei pidä tulkita mittariston SOC-asteikoksi. ”Brick Buffer” tarkoittaa käyttöön pääsemätöntä alempaa suojavaraa. Kaavio ei näytä erikseen nollan alapuolista käytettävissä olevaa reserviä. Jos tällainen reservi on olemassa, se sijaitsee näytön nollan ja vedon katkaisun välissä nettokapasiteetin sisällä.

Ylä- ja alarajat

Ylempi suojavara jättää osan nimellisestä alueesta normaalin latauksen ulkopuolelle. Kennojen pitäminen erossa yläpäästä voi vähentää niiden altistumista korkeille varaustasoille, mutta vaikutus ikääntymiseen riippuu kennosta ja sen käyttöolosuhteista. Smithin ja kollegoiden kokeet grafiitti/NMC-kennoilla osoittivat, että lämpötila, varaustaso, purkaussyvyys ja latausnopeus vaikuttivat kapasiteetin menetykseen. Kalenteri-ikääntyminen ei kasvanut tasaisesti varaustason mukana. Smith ym.: litiumioniakun käyttöikämalli

Alapäässä ohjauksen rajat rajoittavat purkamista ennen kuin kennoryhmät joutuvat vahingolliseen alijännitetilaan. Rajansa saavuttanut ryhmä voi päättää koko akkupaketin purkamisen, vaikka muissa ryhmissä on vielä energiaa. Kennojen tasapainotus selittää, miten varauserot vaikuttavat akkupaketin energian käyttöön.

Suurempi ilmoitettu brutto- ja nettokapasiteetin ero ei siis anna riittävästi tietoa akkujen käyttöiän vertaamiseen. Käyttöikkunaa on tarkasteltava yhdessä kennorakenteen sekä lämpötila- ja lataushistorian kanssa. Akunhallintajärjestelmä käsittelee mittauksia ja ohjauspäätöksiä, joilla rajoja valvotaan.

Mitä näytön 100% ja 0% tarkoittavat

Täysi lataus ja kuljettajan valitsema raja

Näytön 100% on auton kuljettajalle esittämän normaalin latausasteikon yläpää. Kuljettajan valitsema raja, esimerkiksi 80%, lopettaa latauksen aiemmin tällä asteikolla. Se ei määrittele valmistajan suojavaraa uudelleen.

Myös regeneratiivinen jarrutus lataa akkua, ja sen on noudatettava akun sallittua lataustehoa. Käyttöön pääsemätön ylempi suojavara ei takaa lisätilaa energian talteenotolle näytön osoittaessa täyttä varausta. Esimerkiksi Teslan yhdysvaltalainen käyttöohje vuoden 2024 ja sitä uudemmille Model 3 -autoille kertoo, että talteenottoa voidaan rajoittaa akun ollessa kylmä tai täyteen ladattu. Tesla Model 3 (2024+), Yhdysvaltain käyttöohje: jarruttaminen ja pysähtyminen Lataustehon asteittaista laskua sekä akun ja latausaseman tehorajoja käsitellään luvussa Akun lataaminen.

Näytön nolla ja jäljellä oleva reservi

Näytön 0% on kohta mittariston asteikolla. Veto voi lakata siinä tai jatkua käytettävissä olevan reservin avulla. Energian vähentyessä auto voi antaa varoituksia ja rajoittaa tehoa. Kynnysarvot ja tapahtumajärjestys riippuvat mallista.

Syyskuussa 2025 ADAC raportoi kuuden sähköauton testistä: mukana olivat VW ID.3, Tesla Model Y, Kia EV6, Volvo EX40, BYD Seal ja Nio EL6. Yksikään ei pysähtynyt heti näytön nollassa, ja ADAC kuvasi noin 15–20 km:n lisämatkaa rajoitetulla teholla. Testeissä käytettiin nuoria autoja tasaisella reitillä hyvässä säässä. ADAC varoitti, että talvella tai ikääntyneillä akuilla reservi voi olla paljon pienempi tai lähes olematon. ADAC: kuusi sähköautoa ajettu näytön nollan alapuolelle

Tämä mitattu ajoreservi ei anna arvoa käyttöön pääsemättömälle energialle, joka jää akkuun vedon katkaisun jälkeen. Ajaminen auton pysähtymiseen asti mittaa käytettävissä olevan ikkunan testin olosuhteissa.

Noudata auton varoituksia sen sijaan, että suunnittelisit reservin käyttämistä. Teslan yhdysvaltalainen käyttöohje vuoden 2024 ja sitä uudemmille Model 3 -autoille kehottaa olemaan olettamatta, että toimintamatkaa on jäljellä näytön nollassa. Ohje selittää myös, että toimintamatkan loppuminen voi katkaista pienjänniteakun ylläpitosyötön. Tällöin tarvitaan ulkoinen pienjännitelähde ennen suurjännitelatauksen aloittamista. Käyttöön palauttamisen ohjeet ovat ajoneuvokohtaisia. Tesla Model 3 (2024+), Yhdysvaltain käyttöohje: toimintamatkan loppuminen

Miksi käytettävissä oleva energia voi muuttua

Olosuhteet ja arviot

Yhdellä matkalla käytettävissä oleva energia voi poiketa nimellisestä nettoluvusta. Kuormitettuna kennon napajännite laskee. Suurempi resistanssi tai virta voi saada rajoittavan ryhmän saavuttamaan vähimmäisjännitteensä aikaisemmin. Pienempi virta voi vähentää jännitehäviötä muuttamatta ohjelmoitua käyttöikkunaa. Lämpötila vaikuttaa myös jännitteeseen ja resistanssiin, joita käytetään sallitun tehon määrittämiseen. MathWorks: akun tehon arviointi

Näytetty SOC on varauksen arvio, joka on muunnettu kuljettajalle näkyvälle asteikolle. Energia riippuu myös jännitteestä, joten prosenttiyksikön muutos ei välttämättä vastaa kiinteää kWh-määrää. Arvion korjaus voi muuttaa näyttöä lisäämättä energiaa tai muuttamatta fyysisiä rajoja. Analog Devices: SOC:n ja SOH:n arviointi Arviointimenetelmät selitetään luvussa Akunhallintajärjestelmä.

Ohjelmistolla tehtävät käyttöikkunan muutokset

Valmistaja voi muuttaa tietyn akun sallittua käyttöikkunaa. Audi Norjan lokakuun 2021 tiedote on dokumentoitu esimerkki: päivitykseen oikeutetut e-tron 55 quattro -autot, jotka valmistettiin syyskuun 2018 puolivälin ja marraskuun 2019 lopun välillä ja kattoivat MY2019- ja MY2020-mallivuodet, saattoivat saada päivityksen, joka teki nykyisen 95 kWh:n akun energiasta 86 kWh käytettäväksi. Audi muutti myös moottorien ohjausta ja lämmönhallintaa, joten toimintamatkahyöty ei perustunut pelkästään kapasiteetin kasvuun. Audi Norja: varhaisten e-tron 55 quattro -autojen ohjelmistopäivitys

Kyse oli olemassa olevan akkupaketin toiminnan muutoksesta. Se ei osoita, että toisessa akussa olisi sama lisäysvara. Ohjelmistopäivitys voi sen sijaan muuttaa näytetyn SOC:n muunnosta tai kapasiteettiarviota, joten pelkkä mittariston lukeman muutos ei osoita ylä- tai alarajan muuttuneen.

Suojavaran muutosten erottaminen ikääntymisestä

Kolme erilaista muutosta voi vaikuttaa kuljettajan näkemään tulokseen:

• Kennojen ikääntyminen heikentää varastointikapasiteettia tai tehonantokykyä.
• Tarkistettu arvio muuttaa ilmoitettua SOC:ta tai käytettävissä olevaa kapasiteettia.
• Muutettu käyttöikkuna muuttaa sitä, kuinka suuri osa jäljellä olevasta kennokapasiteetista on käytettävissä.

Suuremman osuuden vapauttaminen jäljellä olevasta kapasiteetista ei palauttaisi ikääntymisessä menetettyä kapasiteettia. Vakaa ilmoitettu kapasiteetti ei yksin osoita, että valmistaja olisi vapauttanut varattua kapasiteettia ikääntymisen kompensoimiseksi. Siihen tarvitaan mallikohtaista näyttöä. Akun heikkeneminen selittää kapasiteetin vähenemistä ja resistanssin kasvua.

Kapasiteettilukujen ja mittausten vertailu

Selvitä hyödyllistä vertailua varten:

• Tarkka akku- ja ohjelmistoversio sekä se, kuvaako luku uutta akkua vai tiettyä käytettyä autoa.
• Mitattu suure ja sen rajat: bruttoenergia, nettoenergia tai näytön 100–0%:n välinen energia, mukaan lukien mahdollisen nollan alapuolisen reservin käsittely.
• Testiolosuhteet ja mittauskohta, kuten lämpötila, kuormitus ja se, mitattiinko energia akulta vai laturilta.

Brutto miinus netto on kahdesta määritellystä luvusta tehtävä laskelma. Se ei anna puuttuvaa nettolukua olettamalla jotakin vakiosuuruista suojavaran prosenttiosuutta.

Laturin laskuttamaan energiaan sisältyvät sen mittarin jälkeiset häviöt ja apulaitteiden kulutus, joten se ei voi suoraan korvata akun luovuttamaa energiaa. Lataushäviöt selittää nämä mittausrajat.

Ajoon perustuva arvio voi auttaa muutosten seuraamisessa, kun kirjattu energia ja SOC kattavat saman ajanjakson ja vertailussa käytetään samaa energiaikkunaa. Mittariston pyöristykset, huomioimatta jäävä kulutus ja SOC-korjaukset rajoittavat tarkkuutta. Sähköauton akun kunnon tarkistaminen kapasiteettiarvion avulla esittelee menetelmän ja selittää, miten valitaan vastaava uuden akun vertailuarvo.

Varmista takuuvaatimusta varten valmistajan hyväksymä kapasiteettimääritelmä, testimenettely ja raja-arvo ennen testistä maksamista. Akkutakuu käsittelee kapasiteettitakuita ja vikojen kattavuutta.