Jak oblicza się zasięg WLTP samochodu elektrycznego

Zasięg WLTP jest końcowym wynikiem kontrolowanego łańcucha pomiarowego, a nie dystansem przejechanym podczas jednego cyklu. Łańcuch łączy określoną konfigurację pojazdu, opory ruchu, rozładowanie akumulatora, zmierzoną energię elektryczną i regulowane obliczenia.

WLTC jest profilem jazdy, a WLTP procedurą

Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle, WLTC, określa dla operatora hamowni, jak prędkość pojazdu ma zmieniać się w czasie. Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure, WLTP, definiuje szerszy system badania: klasyfikację, masę testową, wyznaczanie oporów ruchu, warunki laboratoryjne, przygotowanie akumulatora, pomiary, obliczenia, interpolację i wymagania zgodności.

Dla samochodów osobowych o wysokich osiągach, które stanowią większość obecnych porównań EV, WLTC klasy 3b ma cztery fazy:

niska: 589 sekund;
średnia: 433 sekundy;
wysoka: 455 sekund;
bardzo wysoka: 323 sekundy.

Łącznie trwają 1,800 sekund, obejmują około 23,27 km i osiągają 131,3 km/h. Średnia prędkość wraz z postojami wynosi około 46,5 km/h. Liczby opisują profil, a nie limit 23 km badania EV. Pojazd akumulatorowy musi zostać rozładowany na tyle, aby określić użyteczną energię akumulatora i zużycie potrzebne do obliczenia zasięgu. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure

Rozróżnienie zapobiega też częstemu błędowi: japońska wartość opisana jako „WLTC” nie musi korzystać z tej samej kombinacji czterech faz co europejska WLTP. Przepisy wdrożeniowe danego rynku decydują, które fazy i obliczenia tworzą deklarowaną wartość.

Krok 1: zdefiniowanie certyfikowanego pojazdu

Ten sam typ EV może mieć różne koła, opony, wersje wyposażenia i opcje. Zbadanie każdej konfiguracji byłoby niepraktyczne, lecz publikacja jednego najlepszego wyniku dla wszystkich byłaby myląca.

WLTP wykorzystuje więc rodziny pojazdów i, gdy jest to dozwolone, interpolację. Pojazd H reprezentuje konfigurację o większym zapotrzebowaniu na energię w rodzinie, a Pojazd L o mniejszym. Zbadane pojazdy graniczne oraz ich wyniki oporów i energii są podstawą obliczeń konfiguracji pośrednich.

Masa zależy od konfiguracji. Procedura wychodzi od masy pojazdu gotowego do jazdy i dodaje regulowane składniki obciążenia, aby otrzymać właściwą masę testową. Różnice aerodynamiki i oporów toczenia wynikające z kół, opon i wyposażenia uwzględnia się przez opory ruchu, dane deklarowane i reguły rodziny.

Dlatego dwie wersje z tym samym akumulatorem i silnikami mogą mieć różny zasięg WLTP. Większe koło może zwiększać opory toczenia, zmieniać przepływ powietrza i straty obrotowe. Wyposażenie może zwiększać masę lub zapotrzebowanie na chłodzenie. Wartość certyfikowana dotyczy określonej konfiguracji lub pozycji interpolowanej, nie tylko nazwy modelu.

Krok 2: wyznaczenie oporów ruchu

WLTC podaje prędkość w funkcji czasu, ale nie określa siły, którą konkretny pojazd musi pokonać na hamowni. Wyznacza się ją oddzielnie jako opory ruchu.

Reprezentatywną konfigurację przygotowuje się z właściwą masą testową, oponami, ciśnieniem, geometrią kół, wysokością jazdy i stanem aerodynamicznym. Typową metodą jest wybieg drogowy: rozgrzany pojazd zwalnia na luzie lub w specjalnym trybie, a rejestrowane są prędkość i czas. Przejazdy w przeciwnych kierunkach oraz korekty ograniczają wpływ wiatru, nachylenia, gęstości powietrza i temperatury.

Wynikowy cel często przedstawia się jako:

F(v) = f0 + f1 × v + f2 × v²

Wyrazy niższego rzędu obejmują dużą część oporów toczenia, łożysk i układu napędowego. Wyraz kwadratowy jest zdominowany przez aerodynamikę. Kształt pojazdu wpływa więc na WLTP jeszcze przed przejazdem WLTC: większa powierzchnia czołowa, gorszy współczynnik oporu, otwarty kanał chłodzenia, inny przepływ przy kołach lub większa wysokość mogą podnieść krzywą oporów.

Docelowy opór przekształca się w ustawienia hamowni. Rolki i opony już tworzą pewien opór, więc hamulec elektryczny dodaje siłę potrzebną, aby cały układ odpowiadał celowi drogowemu. Wybieg na hamowni potwierdza ustawienie w tolerancji. Wentylator może chłodzić nieruchomy samochód, lecz skalibrowane obciążenie aerodynamiczne odtwarzają rolki, nie siła wentylatora. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure EUR-Lex: Commission Regulation (EU) 2017/1151, consolidated WLTP requirements

Opory są też kluczowe dla interpolacji WLTP. Pojazdy H i L wyznaczają granice większego i mniejszego zapotrzebowania, a wartość konkretnej wersji oblicza się w regulowanej rodzinie. Koła, opony, wyposażenie i aktywne elementy aerodynamiczne muszą być reprezentowane przez właściwe reguły testowe, obliczeniowe i rodzinne.

Zaniżony opór zmniejszałby energię akumulatora mierzoną w każdej fazie, z największym skutkiem aerodynamicznym w fazach wysokiej i bardzo wysokiej. Przepisy kontrolują przygotowanie, przetwarzanie danych, wybieg i weryfikację hamowni, ponieważ ten parametr jest zbyt istotny, by pozostać nieokreślony.

Krok 3: przygotowanie akumulatora i laboratorium

Pojazd ładuje się do pełna zgodnie z procedurą, kondycjonuje i stabilizuje temperaturowo. Badanie w normalnej temperaturze odbywa się około 23 °C w warunkach kontrolowanych. Dokładna sekwencja obejmuje tolerancje, przerwy i reguły zakończenia; nie odpowiada uruchomieniu auta użytkownika w dowolnym dniu przy 23 °C.

Pojazd przestrzega zasad dla trybów wybieranych przez kierowcę. Akcesoria i obciążenia klimatyzacji są kontrolowane procedurą, a nie dobierane do konkretnej rodzinnej podróży. Wynik jest standardowym porównaniem w normalnej temperaturze testowej, nie prognozą zasięgu zimą.

Oddzielne procedury niskotemperaturowe rozwijają się w przepisach, ale nie należy ich bez wskazania mieszać ze znanym zasięgiem WLTP combined. Nazwa testu, warunek temperatury i rodzaj wartości muszą towarzyszyć liczbie.

Krok 4: rozładowanie akumulatora

Przepisy przewidują konwencjonalny test kolejnych cykli i procedurę skróconą.

W metodzie kolejnych cykli pojazd powtarza właściwą sekwencję wraz ze spadkiem stanu naładowania. Ostatni cykl traktuje się według reguł przerwania i obliczeń. Metoda jest prosta, ale EV o dużym zasięgu może wymagać wielu cykli i godzin.

Procedura skrócona oszczędza czas, zachowując zmierzone segmenty przy wysokim i niskim stanie naładowania:

Zacznij od w pełni naładowanego, przygotowanego akumulatora.
Przejedź pierwszy segment WLTC przy wysokim stanie naładowania.
Użyj regulowanego odcinka stałej prędkości, co najmniej 100 km/h, jeśli pojazd pozwala, aby szybciej zużyć energię.
Przejedź kolejny segment WLTC przy niskim stanie naładowania.
Kontynuuj do określonego kryterium przerwania.
Naładuj ponownie i zarejestruj wymagane dane energii.

Środkowy odcinek stałej prędkości nie liczy się jak zwykła jazda WLTC. Służy skróceniu rozładowania. Zmierzone segmenty WLTC określają zużycie cyklu, a cały test użyteczną energię. Szczegółowe równania uwzględniają dystans, zmianę stanu naładowania i niepełny segment końcowy. Procedura zapobiega konieczności wykonywania dziesiątek identycznych cykli przez auta o rosnącym zasięgu. UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

Kiedy dokładnie kończy się test rozładowania WLTP?

Wskazanie 0% nie jest kryterium. W procedurze skróconej koniec następuje, gdy pojazd przekracza tolerancję profilu prędkości przez cztery kolejne sekundy lub dłużej w drugim końcowym odcinku stałej prędkości. Sterowanie przyspieszeniem zostaje wyłączone, a pojazd zatrzymany w ciągu 60 sekund. UNECE: UN Regulation No. 154, Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure UNECE: Development of the WLTP shortened test procedure for electrified vehicles

To operacyjny punkt końcowy przy określonym zapotrzebowaniu mocy. Nie oznacza elektrochemicznego zera ogniw. System zarządzania zachowuje margines ochronny powyżej szkodliwego zakresu niskiego napięcia.

Jeśli wskaźnik osiągnie 0% przed utratą zdolności śledzenia profilu, energia prądu stałego zużyta po wskazanym 0% pozostaje częścią testu. Jeśli napęd zostanie ograniczony przed wykorzystaniem ostatniej watogodziny dostępnej przy mniejszym obciążeniu, po teście fizycznie pozostaje energia.

Rozróżnienie jest ważne, bo napięcie zaciskowe spada pod obciążeniem. Blisko dolnego limitu akumulator może podtrzymać powolną jazdę, ale nie większą prędkość lub przyspieszenie. Kontrolowany stały odcinek blisko odcięcia ogranicza zmienność względem zakończenia w dowolnym punkcie cyklu.

Krok 5: pomiar użytecznej energii akumulatora

Podczas rozładowania mierzy się napięcie i prąd stały. Całkowanie mocy w czasie daje energię pobraną z układu magazynowania.

W uproszczeniu:

Energia DC = całka napięcia akumulatora × prądu akumulatora w czasie

Wynikowa energia użyteczna zależy od procedury. Zależy od określonego pełnego naładowania i kryterium przerwania. Nie jest automatycznie reklamowaną pojemnością brutto ani nie musi odpowiadać energii dostępnej kierowcy w każdych warunkach między wskazaniami 100 i 0.

Wartość WLTP może obejmować rezerwę poniżej wskazanego 0%, jeśli pojazd nadal śledzi profil. Wyklucza energię chronioną poniżej odcięcia napędu. Sama wartość nie ujawnia rezerwy; potrzebny jest wskazany stan lub dane zarządzania wraz z rozładowaniem DC.

Po rozładowaniu pojazd ładuje się zgodnie z regulowaną sekwencją. Energia AC z sieci może służyć raportowaniu zużycia wraz ze stratami ładowania. Obliczenie zasięgu wykorzystuje relację energii użytecznej do zużycia DC cyklu. Przed wyliczeniem pojemności trzeba zatem ustalić, czy zużycie WLTP jest oparte na DC czy AC.

Krok 6: obliczenie zużycia i zasięgu

Procedura skrócona łączy zmierzone zużycie segmentów WLTC przy wysokim i niskim stanie naładowania metodą ważenia. W uproszczeniu:

Elektryczny zasięg WLTC = użyteczna energia akumulatora / ważone zużycie DC WLTC

Gdy energia jest w kWh, a zużycie w kWh/km, wynikiem są kilometry. Przepisy zawierają reguły faz, korekt, ważenia, przerwania i zaokrąglania; równanie pokazuje fizykę, nie zastępuje obliczeń homologacyjnych.

Wartość combined wykorzystuje pełną właściwą kombinację faz. Wartość miejska pochodzi z części miejskich, głównie faz niskiej i średniej. Każda odpowiada innemu profilowi prędkości.

W rodzinie interpolacji wyniki H i L określają wartość każdej konfiguracji. Producent zgłasza wartości, ale muszą one spełniać relację z pomiarami i wymagania organu. WLTP jest regulowanym systemem homologacji, nie swobodnym szacunkiem producenta.

Dlaczego WLTP często różni się od zasięgu autostradowego

Cykl zawiera postoje, niskie prędkości i możliwości odzysku. Faza bardzo wysoka osiąga prędkość autostradową, lecz pełne ważenie 30 minut nie jest ciągłą jazdą 120 lub 130 km/h. Przy stałej dużej prędkości może dominować aerodynamika i brakować energii hamowania do odzysku.

Test w normalnej temperaturze wyklucza też stałe ogrzewanie kabiny i akumulatora wielu zimowych podróży. Z kolei wydajny EV może przekroczyć combined WLTP w gęstym ruchu miejskim przy łagodnej pogodzie.

Różnica zależy od pojazdu. Stała zasada „odejmij 20%” usuwa właśnie różnice, które powinno pokazać użyteczne porównanie.

Jak porównywać wartości WLTP

Sprawdź, czy obie:

pochodzą z tego samego wdrożenia rynkowego i generacji testu;
są obie combined albo obie miejskie;
dotyczą właściwej konfiguracji kół, opon i napędu;
są certyfikowane, a nie wstępne;
używają tej samej granicy zużycia.

WLTP najlepiej służy do kontrolowanego porównania podobnych konfiguracji. Jest słabszy jako obietnica dla trasy o innej prędkości, pogodzie i obciążeniach cieplnych.