Hur lång räckvidd behövs?

Creative commons license

I antal komiska reklamfilmer från 2011 för Volvo V70 DRIVe är huvudbudskapet att den klarar upp till 140 mil på en tank [1], [2]. Det finns som bekant ingen nuvarande BEV som kan matcha dessa siffor. Men hur lång räckvidd behövs egentligen? Nya modeller med allt längre räckvidd har lanserats av flera biltillverkare. Tesla som har lett ”räckviddsligan” i ca 10 år verkar tycka att runt 40 – 50 mil är tillräcklig räckvidd för att nå massmarkandsköparen (undantag är de nyligen uppdaterade Model S & X, med över 60 mils räckvidd).

Räckvidd är en funktion av tillgänglig energi och energiförbrukning per en given distans. Att öka mängden tillgänglig energi (fler kWh) har hittills varit den främsta strategin från bilföretagen för att öka räckvidden.

Det verkar onekligen finnas en förväntan på att bilköpare vill ha/behöver en allt längre räckvidd. Detta kommer dock inte gratis; fler tillgängliga kWh innebär generellt ett större batteri, vilket ökar vikten och kräver mer energi för att förflytta. Större batteri innebär också ökade kostnader då det är den enskilt dyraste komponenten i en BEV. Det finns dock några intressanta undantag inom bilindustrin, Hyundai Ioniq är väldigt energieffektiv vilket ger en konkurrenskraftig räckvidd trots mindre batterikapacitet än konkurrenterna [3]. Hondas nya BEV har uppgetts få en räckvidd på cirka 20 mil [4] och det tyska start-up företaget eGO ska producera en city-BEV med ca 15 mils räckvidd [5].

Dagens nyhetsbrev är en analys/reflektion kring köparnas faktiska och upplevda räckviddsbehov och hur detta kan balanseras mot kostnader.

Faktiska körsträckor

Ett stort antal studier har undersökt faktiska körsträckor hos bilägare. Generella slutsatser som kan dras är att dagliga genomsnittliga körsträckor tenderar att vara väl under 10 mil, men också att stora skillnader finns mellan olika användare och länder.

Till exempel upptäcktes stora skillnader mellan länder i en jämförande EU-studie avseende körsträckor och parkering i sex EU länder (Frankrike, Tyskland, Italien, Polen, Spanien och Storbritannien). Dagliga genomsnittliga körsträckor varierade från ca 4 mil per dag i Storbritannien till ca 8 mil per dag i Polen [6]. I studien delades parkeringstid upp i två kategorier: aktiv och inaktiv parkering. Aktiv parkering menar parkering som görs i samband med en resa (arbete, shopping etc). Inaktiv parkering är tiden mellan avslutad resa och en ny påbörjad resa (ofta hemma). Den generella fördelningen över dygnet i de jämförda länderna är: ca 2 timmar körning, ca 6 timmar aktiv parkering och ca 16 timmar inaktiv parkering [6]. En annan intressant observation är att det är obetydliga skillnader i körsträckor mellan veckodagar och helgdagar, dock är antalet resor färre under helgen.

Ett annat exempel på att dagliga körsträckor tenderar att ligga inom räckvidden för många laddbara bilar är från tidigare användare av Chevrolet Volt (PHEV) i USA, som körde i genomsnitt 6,5 mil de dagar bilen användes. Körningar över 16 mil skedde i genomsnitt var 20:e dag [7]. I genomsnitt laddades bilarna efter 4,5 mils körsträcka, större delen av all körning kunde därför genomföras på el [7].

Tillräcklig räckvidd enligt bilköparna

Det finns en tydlig skillnad mellan faktiska körsträckor och upplevd tillräcklig räckvidd hos potentiella köpare, som ofta är många gånger högre [8]. Det kan vara speciellt svårt för personer med begränsad erfarenhet av laddbara bilar att uppskatta hur mycket räckvidd de behöver [9]. I den tidiga elbilsräckviddsforskningen antogs att de faktiska körmönstren (genomsnittliga och max dagliga körningar) var huvudfaktorn som styrde elbilskundernas önskade räckvidd [9]. Senare forskning har dock visat att andra faktorer också är av betydelse, dessa inkluderar: regelbundenheten i de dagliga körmönstren, resor som inte kan genomföras på grund av räckviddsbegränsningar och psykologiska faktorer som styr hur mycket/lite räckvidd personen är bekväm med [9]. En intressant kurva har observerats hos BEV-kunder, initialt minskar tillfredställelsen med bilens räckvidd för att med tiden öka [9]. Det vill säga, ökad erfarenhet verkar minska behovet av stora säkerhetsmarginaler i fråga om räckvidd. Den första minskningen kan möjligen förklaras av att den faktiska räckvidden ofta är kortare än den teoretiska räckvidden som kommuniceras i marknadsföringen [9].

Föga överraskande har också en hög frekvens av långa körningar visat sig negativt påverka benägenheten att välja en BEV med begränsad räckvidd [10].

En aspekt som har diskuterats i förhållande till BEV och räckvidd är det rådande kognitiva schemat kring bilen, där lång räckvidd har varit en självklarhet i över 100 år [10]. Detta kan leda till att bilköpare upplever att BEV med kort räckvidd är inkompatibla med deras syn på vad en bil ska vara [10].

Ökad räckvidd – till vilken kostnad?

Begränsad räckvidd är en viktig barriär för att laddbara bilar ska nå massmarknaden. En annan stor barriär är det högre inköpspriset jämfört med förbränningsmotorbilar. Pris och räckvidd står därmed i ett motståndsförhållande.

Vi gör en enkel överslagsberäkning för att få ett grepp om räckvidd, kostnad och energikonsumtion. Om vi utgår från en BEV som drar 0,2 kWh/km och har ett batteri på 100 kWh (dvs. en räckvidd på 50 mil). Det ger en batterikostnad på 17 600 USD enligt Bloomberg NEF [11]. Skulle 20 mils räckvidd räcka behövs bara ett batteri på 40 kWh till en kostnad av ca 7 000 USD. Dock bör även den minskade totalvikt på bilen tas med i beräkningen. Ett exempel är att Tesla Model S och Nissan Leaf har likvärdig energiförbrukning per kilo bil – 0,11 respektive 0,13 Wh/(km*kg). Med ett 40% mindre batteri (antar att all kringutrustning skalar proportionellt) gör att bilen väger mindre och därmed kommer längre än de antagna 20 milen. Om vi räknar med en bil av typ Nissan Leaf kommer ett batteri på 40 kWh klara nästan 245 km, dvs drygt 20% mer än de antagna 200 km. Det finns därmed en balans mellan batteristorlek (vikt) och energiförbrukning som fordonstillverkarna måste förhålla sig till.

Egen kommentar

Vad vi behöver och vad vi vill ha är som bekant inte alltid samma sak. Teoretiskt behövs inte särskilt lång räckvidd då både dagliga körningar och lång inaktiv parkering över natten är den rådande normen, förutsatt att laddning finns tillgänglig. Många bilägare verkar dock vilja ha en bil som kan täcka alla deras behov. Fyrhjulsdrift som möjligen behövs på den årliga fjällresan är ett exempel. När det kommer till laddbara bilar är kanske motsvarande ”lyx” lång räckvidd, som ger en stor säkerhetsmarginal?

Det är emellertid svårt att generalisera frågan om räckvidd, stora skillnader finns beroende på t ex klimat, stad eller land, antal bilar i hushållet och andra individuella behov. Fördelen med längre räckvidder är att de täcker ett större antal användarscenarios, dock ofta till en högre vikt och kostnad. BEVs med låg energiförbrukning som BMW i3 (delvis byggd i kolfiber) och Hyundai Ioniq är intressanta exempel på alternativ till ökad batterikapacitet.

En intressant aspekt är att ökad erfarenhet av eldrift verkar med tiden skapa en ökad självsäkerhet av att leva med begränsad räckvidd hos användare. Kan det till och med bli så att BEVs med kortare räckvidd kommer att börja efterfrågas inom en snar framtid? Förutom billigare bilar så skulle även ändliga resurser sparas.

Källor

[1] Volvo V70 1.D DRIVe länk

[2] Volvo V70 DRIVe – Fånga ögonblicket. länk

[3] CleanTechnica, 2018, What are the most efficient electric cars? länk

[4] Car Magazine, 2019, Honda e Prototype: 5 things we know. länk

[5] eGO Mobile, 2019. länk

[6] Driving and Parking patterns of Europé, Setis, 2012. länk

[7] Smart, John. Extended Range Electric Vehicle Driving and Chargi. No. INL/CON-12-27033. Idaho National Laboratory (INL), 2013.

[8] Egbue, Ona, and Suzanna Long. ”Barriers to widespread adoption of electric vehicles: An analysis of consumer attitudes and perceptions.” Energy policy 48 (2012): 717-729.

[9] Franke, Thomas, et al. ”Does this range suit me? Range satisfaction of battery electric vehicle users.” Applied ergonomics 65 (2017): 191-199.

[10] Schneidereit, Tina, et al. ”Does range matter? Exploring perceptions of electric vehicles with and without a range extender among potential early adopters in Germany.” Energy Research & Social Science 8 (2015): 198-206.

[11] Bloomberg New Energy Finance, 2019. länk

[12] Jakobsson, N., Gnann, T., Plötz, P., Sprei, F. and Karlsson, S., 2016. Are multi-car households better suited for battery electric vehicles?–Driving patterns and economics in Sweden and Germany. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 65, pp.1-15.