Slik beregnes WLTP-rekkevidde for elbiler

WLTP-rekkevidden er sluttresultatet av en kontrollert målekjede, ikke avstanden som kjøres i én runde av en kjøresyklus. Kjeden knytter sammen en definert kjøretøykonfigurasjon, kjøremotstand, utlading av batteriet, målt elektrisk energi og regulerte beregninger.

WLTC er kjørekurven, WLTP er prosedyren

Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle, WLTC, forteller operatøren av dynamometeret hvordan kjøretøyets hastighet skal endres over tid. Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure, WLTP, definerer det større testsystemet: kjøretøyklassifisering, testmasse, bestemmelse av kjøremotstand, laboratorieforhold, klargjøring av batteriet, måling, beregninger, interpolering og samsvarskrav.

For personbilene med høy ytelse som utgjør hoveddelen av dagens elbilsammenligninger, har WLTC klasse 3b fire faser:

lav: 589 sekunder
middels: 433 sekunder
høy: 455 sekunder
ekstra høy: 323 sekunder

Til sammen varer de 1,800 sekunder, dekker omtrent 23,27 km og når 131,3 km/t. Gjennomsnittshastigheten inkludert stopp er omtrent 46,5 km/t. Disse tallene beskriver kjørekurven, ikke en begrensning på 23 km for testing av elbiler. Et batterielektrisk kjøretøy må lades ut langt nok til at den brukbare batterienergien og energiforbruket som trengs for rekkeviddeberegningen, kan fastsettes. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure

Skillet forhindrer også en vanlig feil: En japansk verdi som beskrives som «WLTC», bruker ikke nødvendigvis den samme kombinasjonen av fire faser som en europeisk WLTP-verdi. Reglene for innføring i hvert marked avgjør hvilke faser og beregninger som inngår i den deklarerte verdien.

Trinn 1: Definer det sertifiserte kjøretøyet

En elbiltype kan leveres med flere hjulstørrelser, dekk, utstyrsnivåer og kombinasjoner av ekstrautstyr. Det ville være upraktisk å teste alle mulige varianter, men villedende å publisere ett best mulig resultat for dem alle.

WLTP bruker derfor kjøretøyfamilier og, der det er tillatt, interpolering. Kjøretøy H representerer konfigurasjonen med høyere energibehov i kjøresyklusen innenfor en interpoleringsfamilie, mens kjøretøy L representerer konfigurasjonen med lavere behov. De testede grensekjøretøyene og resultatene deres for kjøremotstand og energibruk danner grunnlaget for å beregne verdier for individuelle konfigurasjoner mellom dem.

Massen er spesifikk for konfigurasjonen. Prosedyren tar utgangspunkt i kjøretøyets masse i kjøreklar stand og legger til regulerte lastelementer for å få riktig testmasse. Forskjeller i aerodynamikk og rullemotstand som skyldes hjul, dekk og utstyr, gjenspeiles gjennom kjøremotstanden, deklarerte data og familiereglene.

Derfor kan to versjoner med samme batteri og motorer få ulik WLTP-rekkevidde. Et større hjul kan øke rullemotstanden, endre luftstrømmen rundt bilens front og øke rotasjonstapene. Ekstrautstyr kan øke massen eller kjølebehovet. Den sertifiserte verdien gjelder en definert konfigurasjon eller interpolert plassering, ikke bare et modellnavn.

Trinn 2: Fastsett kjøremotstanden

WLTC angir hastighet mot tid, men forteller ikke dynamometeret hvor stor kraft et bestemt kjøretøy må overvinne. Denne kraften fastsettes separat som kjøremotstand.

Konfigurasjonen som skal representeres, klargjøres med riktig testmasse og de angitte dekkene, dekktrykket, hjulstillingen, kjørehøyden og den aerodynamiske tilstanden. En vanlig metode er utrulling på vei: Det oppvarmede kjøretøyet får redusere farten i fri eller en egen utrullingsmodus, mens hastighet og medgått tid registreres. Kjøringer i motsatt retning og regulerte korreksjoner reduserer virkningen av vind, helning, lufttetthet og temperatur.

Målverdien uttrykkes ofte som:

F(v) = f0 + f1 × v + f2 × v²

Ledd av lavere orden inneholder mye av rullemotstanden og motstanden i lagre og drivlinje. Det kvadratiske leddet domineres av aerodynamisk luftmotstand. Kjøretøyets form påvirker derfor WLTP-resultatet allerede før kjøretøyet følger WLTC: Større frontareal, mindre gunstig luftmotstandskoeffisient, åpen kjølekanal, en annen luftstrøm rundt hjulene eller større bakkeklaring kan øke kjøremotstandskurven.

Målkjøremotstanden omsettes deretter til innstillinger for dynamometeret. Rullene og dekkene skaper allerede en viss laboratoriemotstand, så den elektriske bremsen tilfører kraften som trengs for at hele systemet skal samsvare med veimålet. En utrulling på dynamometeret brukes for å kontrollere innstillingen innenfor den foreskrevne toleransen. En kjølevifte kan føre luft over det stillestående kjøretøyet, men den kalibrerte aerodynamiske belastningen gjenskapes av rullene og ikke ved å bruke kraften fra viften. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure EUR-Lex: Commission Regulation (EU) 2017/1151, consolidated WLTP requirements

Kjøremotstanden står også sentralt i WLTP-interpoleringen. Kjøretøy H og L definerer grensene for høyere og lavere energibehov for kvalifiserte konfigurasjoner, og den deklarerte verdien for en bestemt variant beregnes innenfor denne regulerte familien. Hjul, dekk, utstyr og aktive aerodynamiske innretninger må derfor representeres gjennom de relevante reglene for test, beregning og familie.

En for lav kjøremotstand ville redusere batterienergien som måles i hver fase, med størst aerodynamisk utslag i høy- og ekstra høy-fasene. Forskriften regulerer klargjøring av kjøretøy, databehandling, utrulling og kontroll av dynamometeret fordi denne inngangsverdien er for viktig til å være udefinert.

Trinn 3: Klargjør batteriet og laboratoriet

Kjøretøyet fullades etter den foreskrevne prosedyren, kondisjoneres og temperaturstabiliseres før testen. Prosedyren ved normal temperatur gjennomføres rundt 23 °C under kontrollerte laboratorieforhold. Den nøyaktige sekvensen omfatter toleranser, pauser og avslutningsregler. Den tilsvarer ikke å starte en eiers bil på en tilfeldig dag ved 23 °C.

Kjøretøyet følger reglene som gjelder for førervalgte kjøremoduser. Tilbehør og klimabelastninger kontrolleres av prosedyren fremfor å velges for å etterligne én bestemt families kjøretur. Resultatet bør derfor leses som en standardisert sammenligning ved normal testtemperatur, ikke som en prognose for vinterrekkevidde.

Separate lavtemperaturprosedyrer er under utvikling i regelverket, men de bør ikke blandes umerkelig med den velkjente, kombinerte WLTP-rekkevidden. Testnavn, temperaturforhold og verditype må følge tallet.

Trinn 4: Lad ut batteriet

Forskriften omfatter både en konvensjonell test med sammenhengende sykluser og en forkortet testprosedyre for batterielektriske kjøretøy.

I metoden med sammenhengende sykluser gjentar kjøretøyet den aktuelle syklussekvensen mens batteriets ladetilstand synker. Den siste syklusen behandles etter de foreskrevne avbrudds- og beregningsreglene. Metoden er enkel å forstå, men en elbil med lang rekkevidde kan trenge mange gjentatte sykluser og mange timer i laboratoriet.

Den forkortede testprosedyren reduserer tiden, samtidig som målte syklussegmenter ved høy og lav ladetilstand beholdes. Hovedsekvensen er:

Start med et fulladet, kondisjonert batteri.
Kjør det første WLTC-segmentet ved høy ladetilstand.
Bruk et regulert segment med konstant hastighet, minst 100 km/t når kjøretøyet tillater det, for å tappe energi raskere.
Kjør et nytt WLTC-segment ved lav ladetilstand.
Fortsett til det foreskrevne avbruddskriteriet for batteriet.
Lad opp igjen og registrer de påkrevde energidataene.

Det midtre segmentet med konstant hastighet regnes ikke som om det var vanlig WLTC-kjøring. Det er et tidsbesparende utladingssegment. De målte WLTC-segmentene brukes til å fastsette energiforbruket i syklusen, mens hele testen fastsetter den brukbare batterienergien. De detaljerte ligningene tar hensyn til avstand, endring i ladetilstand og det ufullstendige slutsegmentet. Den forkortede prosedyren ble utviklet nettopp for å unngå å tvinge elbiler med stadig lengre rekkevidde gjennom dusinvis av identiske sykluser. UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Nøyaktig når avsluttes WLTP-utladingstesten?

At instrumentpanelet når 0%, er ikke avbruddskriteriet. I den forkortede prosedyren nås sluttpunktet når kjøretøyet overskrider den foreskrevne toleransen for hastighetskurven i minst fire sammenhengende sekunder i det andre segmentet med konstant hastighet ved slutten av testen. Gasspedalkontrollen deaktiveres deretter, og kjøretøyet stanses innen 60 sekunder. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Dette er et driftsmessig sluttpunkt ved et definert effektbehov. Det betyr ikke at cellene har nådd elektrokjemisk null. Batteristyringssystemet beholder en beskyttelsesmargin over området med skadelig lav spenning.

Hvis instrumentpanelet når 0% før bilen mister evnen til å følge den siste kurven, inngår likestrømsenergien som brukes etter vist 0%, i den målte utladingstesten. Hvis fremdriften begrenses før hver siste wattime som kunne vært hentet ut med lavere belastning, stopper testen mens noe energi fremdeles er fysisk til stede.

Skillet er viktig fordi batteriets polspenning synker under belastning. Nær den nedre grensen for ladetilstand kan batteriet fremdeles klare sakte kjøring, men være ute av stand til å oppfylle et høyere krav til hastighet eller akselerasjon. Et kontrollert segment med konstant hastighet nær utkoblingsgrensen reduserer denne variasjonskilden sammenlignet med å avslutte på et vilkårlig punkt i en dynamisk syklus.

Trinn 5: Mål brukbar batterienergi

Under utladingstesten måles batteriets likespenning og -strøm. Integrasjon av likestrømseffekten over tid gir energien som tas ut av det oppladbare energilagringssystemet under prosedyren.

Forenklet:

Likestrømsenergi = integralet av batterispenning × batteristrøm over tid

Den resulterende brukbare batterienergien er prosedyreavhengig. Den avhenger av den foreskrevne fulladet-tilstanden og avbruddskriteriet for batteriet. Den er ikke automatisk batteriets oppgitte bruttokapasitet, og trenger ikke å være lik energien mellom vist 100 og 0 som føreren kan bruke under alle forhold.

En WLTP-målt verdi for brukbar energi kan omfatte en reserve under vist 0% når kjøretøyet fortsatt klarer å følge den foreskrevne kurven. Den utelater energi som beskyttes under utkoblingsgrensen for fremdrift. Verdien for brukbar energi kan ikke alene avsløre reserven under null. Da må den viste ladetilstanden eller data fra batteristyringssystemet registreres sammen med likestrømsutladingen.

Etter utladingen lades kjøretøyet opp igjen etter den regulerte sekvensen. Vekselstrømsenergi fra strømnettet kan måles for rapportering av elektrisk energiforbruk, og omfatter da ladetap. Selve rekkeviddeberegningen bruker det regulerte forholdet mellom brukbar batterienergi og likestrømsforbruket i kjøresyklusen. Før en WLTP-forbruksverdi brukes til å beregne batterikapasiteten baklengs, må det derfor avklares om den er basert på likestrøm eller vekselstrøm.

Trinn 6: Beregn syklusforbruk og rekkevidde

Den forkortede prosedyren kombinerer det målte energiforbruket fra WLTC-segmentene ved høy og lav ladetilstand med forskriftens vektingsmetode. Forenklet:

Elektrisk WLTC-rekkevidde = brukbar batterienergi / vektet WLTC-likestrømsforbruk

Når brukbar batterienergi oppgis i kWh og forbruk i kWh/km, blir kvotienten kilometer. Selve forskriften inneholder de foreskrevne bestemmelsene om faser, korreksjon, vekting, avbrudd og avrunding. Den korte ligningen viser den fysiske sammenhengen, men erstatter ikke homologeringsberegningen.

Den kombinerte verdien bruker hele den aktuelle fasekombinasjonen. En byverdi utledes fra de urbane delene, hovedsakelig lav- og middelsfasene for den aktuelle personbilsyklusen. Hver verdi besvarer et annet spørsmål om hastighetsprofil.

For en interpoleringsfamilie brukes testresultatene for kjøretøy H og L til å fastsette den deklarerte verdien for hver konfigurasjon. Produsenten leverer deklarerte verdier, men de må oppfylle prosedyrens krav til forholdet mellom deklarerte og målte resultater samt typegodkjenningsmyndighetens krav til validering og samsvar. WLTP er et regulert system for typegodkjenning, ikke et fritt produsentanslag.

Hvorfor WLTP ofte avviker fra motorveirekkevidden

Syklusen omfatter stopp, kjøring ved lav hastighet og muligheter for regenerering. Ekstra høy-fasen når motorveihastighet, men den samlede vektingen over 30 minutter er ikke kontinuerlig kjøring i 120 eller 130 km/t. Ved jevn høy hastighet kan det aerodynamiske effektbehovet dominere, og det kan være lite bremseenergi å gjenvinne.

Testen ved normal temperatur utelater også det vedvarende behovet for kupé- og batterioppvarming på mange vinterturer. Omvendt kan en effektiv elbil overstige sin kombinerte WLTP-rekkevidde i tett bytrafikk i mildt vær.

Forskjellen er kjøretøyspesifikk. En fast regel som «trekk fra 20%» fjerner nettopp de forskjellene en nyttig sammenligning bør avdekke.

Slik sammenligner du WLTP-verdier

Kontroller at begge tallene:

kommer fra samme markedsimplementering og testgenerasjon
enten begge er kombinerte verdier eller begge er byverdier
gjelder riktig hjul-, dekk- og drivlinjekonfigurasjon
er sertifiserte og ikke foreløpige
bruker samme systemgrense for forbruk dersom energibruk sammenlignes

WLTP er best som en kontrollert sammenligning mellom likeverdige konfigurasjoner. Den er mindre egnet når den behandles som et løfte for en rute der hastighet, vær og termiske belastninger har lite til felles med prosedyren.