Koliki je doseg e-auta optimalan?

Doseg manji od 1000 kilometara? Čini se prihvatljivim za sve nove električne automobile. Potencijalni kupci to očekuju, prihvaćaju to kao misiju autoindustrije. Uvijek ostaje opcija ugradnje velikih baterija, a time i povećanja dosega, no ima li to uopće smisla? Što to uopće znači za koncept vozila, koliko ga poboljšava ili narušava? Ili su pak tijekom razvoja u prvom planu neki sasvim drugi parametri? Veličina vozila, troškovi ili performanse? Koja je veličina baterije uopće idealna? Kako bi se približio optimumu u vrlo ranoj fazi projekta, korištenjem simulacije Adrian König razvio je softver uz podršku Lorenza Nicolettija na Katedri za tehnologiju vozila na Tehničkom sveučilištu u Münchenu. Taj softver, pomicanjem pojedinih parametara, omogućuje analizu utjecaja na cijelo vozilo. “Prije svega, radi se o pronalaženju odgovora na očito pitanje – što se treba dogoditi da bi se postigao maksimalan doseg?” – objašnjava König.

Na što sve utječe veličina baterije

Iskoristiti najveću bateriju koja vam je na raspolaganju? Naravno, no što to točno podrazumijeva? Ugradnja najveće baterije nije uvijek moguća ako su već određeni ključni podaci definirani arhitekturom vozila ili oblikom karoserije. Na primjer, ako je riječ o SUV-u, onda to vozilo mora biti određene visine jer bi u protivnom bila riječ o karavanu. No visina pak zahtijeva veću čeonu površinu, odnosno ona je preduvjet za lošiju aerodinamiku. S druge strane, mogu se koristiti veći članci u baterijskom paketu. Međutim, dizajner tada može odlučiti da visoko vozilo mora biti i odgovarajuće široko, kako zbog vizualnih razloga tako i proporcijskih. Što vas ponovno vraća na čeonu površinu, ali i na prostor za potencijalno veliki baterijski paket.

Kakav to učinak ima na troškove? König i Nicoletti proveli su neke proračune modela na bazi VW-a ID.3 (Pro S, s pet sjedala). Izbor vozila temeljio se na broju podataka, tržišnoj relevantnosti i činjenici da Tehničko sveučilište u Münchenu ima svoju vlastitu jedinicu na kojoj provodi razne serije testova. Dvije posebnosti – izračuni modela temelje se na pretpostavljenoj gustoći energije baterijskih članaka, koja je u stručnoj literaturi predviđena za 2025., zbog čega kao osnova služi baterija kapaciteta 105 kWh.

Uostalom, radi se o budućim projektima vozila. Pogon na sve kotače uključen je u izračune. “Zbog pomicanja točke opterećenja dvaju motora, može se postići niža potrošnja, a time i veći doseg unatoč dodatnoj masi”, objašnjava König. Pojedinačni osnovni parametri također se mogu pohraniti kao definirani okvir, primjerice kao plus ili minus od 100 milimetara za međuosovinski razmak. Softver zatim generira 100 nasumičnih kombinacija, simulira ih, analizira rezultate i koristi za filtriranje u cilju izračuna modela vozila koje daje najbolje vrijednosti. Na temelju toga, program ide u sljedeći krug, dodatno optimiziran, kako bi se u konačnici odredilo vozilo koje postiže najbolje vrijednosti u svim područjima unutar zadanih okvira. U slučaju ID.3, svi stupnjevi slobode iscrpljeni su dosegom od 845 kilometara.

Nakon 30 krugova ove tzv. evolucijske optimizacije, izračuni završavaju. Nicoletti zna da je “…nakon 100 krugova rezultat isti”. Jasno, ovdje je i klimatizacija također uzeta u obzir. Ljeti se pretpostavlja 25 stupnjeva i sunčevo zračenje od 850 vati po kvadratnom metru. Zimi, naravno, spomenuto je zračenje kudikamo manje, a pretpostavljena temperatura je pet stupnjeva. Ako vozač koristi klima-uređaj, taj parametar u vozilu s velikom baterijom neće tako značajno utjecati na izračun dosega kao kod vozila s manjom (slabijom) baterijom.

Dakle, oba scenarija su ugrožena, ali različitim intenzitetom. Je li neznatno povećanje dosega u ovim uvjetima zaista vrijedno ugradnje veće baterije (izračunato s kapacitetom od 124,95 kWh), a time i ‘krojenja’ vozila većih dimenzija? Uostalom, sama cijena baterije iznosi 25.700 eura, odnosno gotovo 59 posto više nego s idućim, manjim stupnjem proširenja.

Generator potrošnje

Naravno, to ne može proći nezamijećeno glede potrošnje – 13,75 kWh/100 km je povećanje od oko 26 posto. To znači da bi korisnik također morao potrošiti više na punjenje, također oko 26 posto, bilo na brzom punjaču ili na kućnom (wallbox). Ove vrijednosti trenutačno su podložne posebno jakim fluktuacijama (uglavnom u jednom smjeru – prema gore), zbog čega se informacije trebaju smatrati vrlo neobvezujućima. Također vrijedno pažnje – maksimalni doseg ujedno znači i maksimalnu masu – 2121 kg u usporedbi sa 1684 kg (u sredini).

Isto tako, baterija sa 39 posto manjim kapacitetom rezultirala bi svega 10,5 posto manjom masom vozila. I kakve bi bile posljedice za pogonski paket ako bi doseg morao biti maksimalno povećan unutar stvarnih dimenzija današnjeg ID.3? To bi značilo korištenje baterije od 106,7 kWh – doseg bi se tako povećao sa 519 na 756 kilometara. Ali kao što pokazuje dijagram (vidi okvir – simulacija), VW bi tada još uvijek bio malo izvan idealne zone, što znači da ne bi postigao optimum svih vrijednosti. A među njima je i magična granica dosega u iznosu od 1000 kilometara, barem ne ako je u pitanju kombinirani WLTP-ciklus. Treba li nam doseg od 1000 km ili ne, ostaje za vidjeti. U svakom slučaju, može ga se postići, ali samo uz znatne dodatne troškove.

Definicija ključnih podataka

Međuosovinski razmak, visina i širina vozila su odlučujući parametri koji utječu na postavke pogonskog sklopa. Prvo što treba učiniti kod nove obitelji modela je definirati minimum i maksimum planiranih varijanti. Softver zatim pomaže, pomicanjem pojedinih parametara u zadanim okvirima, pri definiranju idućih koraka. Naravno, uzimajući u obzir ekonomičnost za kupca, pa sve do troškova punjenja.

Prva simulacija – sve četiri faze WLTP-ciklusa

Ovaj tzv. ‘Pareto dijagram’ prikazuje kakav učinak imaju različite brzine kretanja tijekom certificiranja potrošnje prema WLTP-ciklusu. Sukladno tome, potrebit kapacitet baterije nesrazmjerno raste posljednjih 50 km dodatnog dosega. To se ponovno dalje negativno odražava na masu vozila i troškove.

Minimum, srednja vrijednost, maksimum prve simulacije

Počnemo li od pretpostavke definicije idealnog VW-a ID.3, tim s Tehničkog sveučilišta u Münchenu došao je do ove tri mogućnosti. Inače, pokušalo se što vjerodostojnije predvidjeti daljnji razvoj tehnologije baterija kako bi se što realnije prikazale prognoze u pogledu dosega, ali i troškova proizvodnje baterija. Ovdje ponovno postaje jasno kakav značajan financijski učinak ima postavka za najveći doseg. Tehnički minimum je, s druge strane, poprilično atraktivan.