Sådan beregnes WLTP-rækkevidde for elbiler

WLTP-rækkevidden er slutresultatet af en kontrolleret målekæde, ikke den distance, der køres i én omgang af en cyklus. Kæden forbinder en defineret køretøjskonfiguration, køremodstand, batteriafladning, målt elektrisk energi og regulerede beregninger.

WLTC er kørekurven; WLTP er proceduren

Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle, WLTC, fortæller operatøren af rullefeltet, hvordan køretøjets hastighed skal ændre sig over tid. Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure, WLTP, definerer det bredere testsystem: køretøjsklassificering, testmasse, bestemmelse af køremodstand, laboratorieforhold, batteriforberedelse, måling, beregninger, interpolation og overensstemmelseskrav.

For de højtydende personbiler, der udgør hovedparten af nutidens sammenligninger af elbiler, har WLTC klasse 3b fire faser:

lav: 589 sekunder;
middel: 433 sekunder;
høj: 455 sekunder;
ekstra høj: 323 sekunder.

Tilsammen varer de 1,800 sekunder, dækker cirka 23,27 km og når 131,3 km/t. Gennemsnitshastigheden inklusive stop er omkring 46,5 km/t. Tallene beskriver kørekurven, ikke en grænse på 23 km for test af elbiler. Et batterielektrisk køretøj skal aflades langt nok til at fastslå den brugbare batterienergi og det energiforbrug, der kræves til rækkeviddeberegningen. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure

Sondringen forhindrer også en almindelig fejl: En japansk værdi, der beskrives som “WLTC”, anvender ikke nødvendigvis samme kombination af fire faser som en europæisk WLTP-værdi. Reglerne for implementering på det enkelte marked afgør, hvilke faser og beregninger der indgår i den deklarerede værdi.

Trin 1: Definér det certificerede køretøj

En elbiltype kan have flere hjulstørrelser, dæk, udstyrsniveauer og kombinationer af ekstraudstyr. Det ville være upraktisk at teste alle mulige varianter, men misvisende at offentliggøre ét optimalt resultat for dem alle.

WLTP anvender derfor køretøjsfamilier og, hvor det er tilladt, interpolation. Køretøj H repræsenterer konfigurationen med det højere energibehov i cyklussen inden for en interpolationsfamilie; Køretøj L repræsenterer konfigurationen med det lavere behov. De testede grænsekøretøjer og deres resultater for køremodstand og energi danner grundlag for beregning af værdier for de enkelte konfigurationer imellem dem.

Massen er konfigurationsspecifik. Proceduren tager udgangspunkt i køretøjets masse i køreklar stand og tilføjer regulerede lastelementer for at finde den relevante testmasse. Aerodynamiske forskelle og forskelle i rullemodstand fra hjul, dæk og udstyr afspejles gennem køremodstanden, deklarerede data og familiereglerne.

Derfor kan to versioner med samme batteri og motorer have forskellig WLTP-rækkevidde. Et større hjul kan øge rullemodstanden, ændre luftstrømmen foran på bilen og øge rotationstabene. Ekstra udstyr kan øge massen eller kølebehovet. Den certificerede værdi tilhører en defineret konfiguration eller interpoleret position, ikke blot et modelnavn.

Trin 2: Bestem køremodstanden

WLTC angiver hastighed som funktion af tid, men fortæller ikke rullefeltet, hvor stor en kraft et bestemt køretøj skal overvinde. Den kraft fastlægges separat som køremodstand.

Den repræsenterede konfiguration klargøres ved sin relevante testmasse med de foreskrevne dæk, dæktryk, hjulindstilling, kørehøjde og aerodynamiske tilstand. En almindelig metode er friløbsnedbremsning på vej: Det opvarmede køretøj får lov at sænke farten i frigear eller en særlig friløbstilstand, mens hastighed og forløbet tid registreres. Kørsel i modsatte retninger og regulerede korrektioner reducerer påvirkningen fra vind, hældning, lufttæthed og temperatur.

Det resulterende mål udtrykkes ofte som:

F(v) = f0 + f1 × v + f2 × v²

Leddene af lavere orden indeholder en stor del af rulle-, leje- og drivlinjemodstanden. Det kvadratiske led domineres af aerodynamisk luftmodstand. Køretøjets form indgår derfor i WLTP-resultatet, før bilen følger WLTC: Et større frontareal, en mindre gunstig luftmodstandskoefficient, en åben kølekanal, anderledes luftstrøm ved hjulene eller større frihøjde kan øge køremodstandskurven.

Målkøremodstanden omsættes derefter til indstillinger på rullefeltet. Ruller og dæk skaber allerede en vis laboratoriemodstand, så den elektriske bremse leverer den ekstra kraft, der er nødvendig, for at hele systemet matcher målet fra vejen. En friløbsnedbremsning på rullefeltet verificerer indstillingen inden for den foreskrevne tolerance. En køleventilator kan føre luft over den stillestående bil, men den kalibrerede aerodynamiske belastning gengives af rullerne og ikke ved hjælp af ventilatorens kraft. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure EUR-Lex: Commission Regulation (EU) 2017/1151, consolidated WLTP requirements

Køremodstanden er også central for WLTP-interpolation. Køretøj H og L definerer grænserne med højere og lavere energibehov for kvalificerede konfigurationer, og den deklarerede værdi for en bestemt variant beregnes inden for denne regulerede familie. Hjul, dæk, udstyr og aktive aerodynamiske anordninger skal derfor repræsenteres gennem de gældende test-, beregnings- og familieregler.

En undervurderet køremodstand ville reducere den batterienergi, der måles i hver fase, med den største aerodynamiske effekt i høj- og ekstra høj-faserne. Reglerne styrer klargøring, databehandling, friløbsnedbremsning og verifikation af rullefeltet, fordi denne indgangsværdi har for stor betydning til at være udefineret.

Trin 3: Forbered batteriet og laboratoriet

Køretøjet fuldades efter den foreskrevne procedure, konditioneres og temperaturstabiliseres før testen. Proceduren ved normal temperatur udføres omkring 23 °C under kontrollerede laboratorieforhold. Den præcise sekvens omfatter tolerancer, pauser og afslutningsregler; den svarer ikke til at starte en ejers bil på en vilkårlig dag ved 23 °C.

Køretøjet følger reglerne for de relevante førervalgte tilstande. Tilbehør og klimabelastninger styres af proceduren frem for at blive valgt for at efterligne en bestemt families køretur. Resultatet bør derfor læses som en standardiseret sammenligning ved normal testtemperatur, ikke som en prognose for vinterrækkevidde.

Separate procedurer ved lav temperatur er en del af et regelværk under udvikling, men de bør ikke ubemærket blandes sammen med den velkendte kombinerede WLTP-rækkevidde. Testnavn, temperaturforhold og værditype skal følge tallet.

Trin 4: Aflad batteriet

Reglerne indeholder både en konventionel test med sammenhængende cyklusser og en forkortet testprocedure for batterielektriske køretøjer.

Ved metoden med sammenhængende cyklusser gentager køretøjet den relevante cyklussekvens, mens batteriets ladetilstand falder. Den sidste cyklus behandles efter de foreskrevne afbrydelses- og beregningsregler. Metoden er konceptuelt direkte, men en elbil med lang rækkevidde kan kræve mange gentagelser og mange timer i laboratoriet.

Den forkortede testprocedure reducerer tiden, samtidig med at målte cyklussegmenter ved høj og lav ladetilstand bevares. Hovedforløbet er:

Start med et fuldt opladet, konditioneret batteri.
Kør det første WLTC-segment ved høj ladetilstand.
Brug et reguleret segment med konstant hastighed, mindst 100 km/t hvor køretøjet tillader det, til hurtigere at fjerne energi.
Kør endnu et WLTC-segment ved lav ladetilstand.
Fortsæt til det foreskrevne afbrydelseskriterium for batteriet.
Genoplad, og registrer de krævede energidata.

Det midterste segment med konstant hastighed tælles ikke som almindelig WLTC-kørsel. Det er et tidsbesparende afladningssegment. De målte WLTC-segmenter bruges til at fastlægge cyklussens energiforbrug, mens hele testen fastlægger den brugbare batterienergi. De detaljerede ligninger tager højde for distance, ændring i ladetilstand og det ufuldstændige slutsegment. Den forkortede procedure blev udviklet netop for at undgå, at elbiler med stadig længere rækkevidde skulle gennemføre dusinvis af identiske cyklusser. UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Præcis hvornår stopper WLTP-afladningstesten?

At instrumentpanelet når 0%, er ikke afbrydelseskriteriet. I den forkortede procedure nås slutpunktet, når køretøjet overskrider den foreskrevne tolerance for hastighedskurven i fire sammenhængende sekunder eller mere i det andet segment med konstant hastighed ved testens afslutning. Speederstyringen deaktiveres derefter, og køretøjet bringes til standsning inden for 60 sekunder. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Det er et operationelt slutpunkt ved et defineret effektbehov. Det betyder ikke, at cellerne har nået elektrokemisk nul. Batteristyringssystemet bevarer en beskyttelsesmargen over det skadelige lavspændingsområde.

Hvis instrumentpanelet når 0%, før bilen mister evnen til at følge den afsluttende kurve, indgår den jævnstrømsenergi, der bruges efter vist 0%, fortsat i den målte afladningstest. Hvis fremdriften begrænses, før hver sidste watt-time, der kunne trækkes ud ved en mildere belastning, er brugt, stopper testen med noget energi fysisk tilbage.

Sondringen er vigtig, fordi polspændingen falder under belastning. Nær den nedre grænse for ladetilstand kan batteriet måske stadig klare langsom kørsel, men ikke et højere krav til hastighed eller acceleration. Et kontrolleret segment med konstant hastighed nær afbrydelsen reducerer denne variationskilde sammenlignet med at afslutte på et vilkårligt punkt i en dynamisk cyklus.

Trin 5: Mål den brugbare batterienergi

Under afladningstesten måles batteriets jævnspænding og -strøm. Integration af jævnstrømseffekten over tid giver den energi, der trækkes ud af det genopladelige energilagringssystem under proceduren.

Forenklet:

Jævnstrømsenergi = integralet af batterispænding × batteristrøm over tid

Den resulterende brugbare batterienergi er procedureafhængig. Den afhænger af den foreskrevne fuldt opladede tilstand og batteriets afbrydelseskriterium. Den er ikke automatisk batteriets annoncerede bruttokapacitet og behøver ikke svare til den energi fra vist 100 til 0, som føreren kan bruge under alle forhold.

En WLTP-målt værdi for brugbar energi kan omfatte en reserve under vist 0%, når køretøjet fortsat kan gennemføre den foreskrevne kurve. Den udelader energi, der beskyttes under fremdriftens afbrydelsespunkt. Tallet for brugbar energi kan ikke alene afsløre reserven under nul; det kræver, at den viste ladetilstand eller batteristyringsdata registreres sammen med jævnstrømsafladningen.

Efter afladning genoplades køretøjet efter den regulerede sekvens. Vekselstrømsenergi fra elnettet kan måles til rapportering af elektrisk energiforbrug, hvilket medregner ladetab. Selve rækkeviddeberegningen anvender det regulerede forhold mellem brugbar batterienergi og cyklussens jævnstrømsforbrug. Det skal derfor identificeres, om en WLTP-forbrugsværdi er jævn- eller vekselstrømsbaseret, før den bruges til at beregne en batterikapacitet baglæns.

Trin 6: Beregn cyklusforbrug og rækkevidde

Den forkortede procedure kombinerer det målte energiforbrug fra WLTC-segmenterne ved høj og lav ladetilstand med reglernes vægtningsmetode. Forenklet:

Elektrisk WLTC-rækkevidde = brugbar batterienergi / vægtet WLTC-jævnstrømsforbrug

Hvis brugbar batterienergi angives i kWh og forbrug i kWh/km, bliver kvotienten kilometer. De faktiske regler indeholder de foreskrevne bestemmelser om faser, korrektion, vægtning, afbrydelse og afrunding; den korte ligning viser det fysiske forhold og erstatter ikke en homologeringsberegning.

Den kombinerede værdi anvender hele den relevante fasekombination. En byværdi udledes af de urbane dele, hovedsageligt lav- og middelfaserne i den relevante personbilcyklus. Hver værdi besvarer et andet spørgsmål om hastighedsprofilen.

For en interpolationsfamilie bruges testresultaterne fra Køretøj H og L til at fastlægge den deklarerede værdi for hver konfiguration. Producenten indsender deklarerede værdier, men de skal opfylde procedurens forhold til målte resultater samt godkendelsesmyndighedens validerings- og overensstemmelseskrav. WLTP er et reguleret typegodkendelsessystem, ikke et frit producentestimat.

Hvorfor WLTP ofte afviger fra motorvejsrækkevidden

Cyklussen omfatter stop, kørsel ved lav hastighed og muligheder for regenerering. Den ekstra høje fase når motorvejshastighed, men den samlede vægtning over 30 minutter er ikke konstant kørsel ved 120 eller 130 km/t. Ved jævn høj hastighed kan det aerodynamiske effektbehov dominere, og der kan være meget lidt bremseenergi at genvinde.

Testen ved normal temperatur udelader også det vedvarende behov for kabine- og batteriopvarmning på mange vinterture. Omvendt kan en effektiv elbil overgå sin kombinerede WLTP-distance i tæt bytrafik i mildt vejr.

Forskellen er køretøjsspecifik. En fast regel som “træk 20% fra” fjerner netop de forskelle, en nyttig sammenligning bør afdække.

Sådan sammenlignes WLTP-værdier

Kontrollér, at begge tal:

stammer fra samme markedsimplementering og testgeneration;
enten begge er kombinerede værdier eller begge er byværdier;
gælder den relevante hjul-, dæk- og drivlinjekonfiguration;
er certificerede og ikke foreløbige;
bruger samme forbrugsgrænse, hvis energiforbrug sammenlignes.

WLTP er stærkest som en kontrolleret sammenligning mellem tilsvarende konfigurationer. Den bliver svagere, når den behandles som et løfte for en rute, hvor hastighed, vejr og termiske belastninger kun minder lidt om proceduren.