Effizientes Anfahren mit Elektromotor

[Schüddi]

Wegen einer Aussage in einem anderen Thema das Elektroautofahrer die sparsam fahren sehr unbeliebt sein sollen im Straßenverkehr da sie immer los fahren wie ein Fahrrad und ewig an Ampeln heran rollen kam mir die Frage auf ob ich mit dem Hybrid komplett Umdenken muss und mein Fahrverhalten drastisch ändern sollte.

Ist das wirklich die effizienteste Fahrweise? Ich fahre auch sehr sparsam aber der Verbrenner arbeitet nunmal unter Last am effektivsten also zügig Geschwindigkeit aufnehmen, früh schalten und dann Tempomat an. Klar sehr vorausschauend fahren und viel rollen lassen. Bei einem Elektroauto das rekuperieren kann würde ich eher so weit rollen wie es geht und dann im rekuperationsbereich Geschwindigkeit abbauen. Ich war trotz oder wegen dem spritsparendem Verhalten eher immer zügig unterwegs im Vergleich zu den anderen Verkehrsteilnehmern. Ist das im Elektroauto wirklich so viel anders? Ist man mit möglichst langsamen beschleunigen da sparsamer unterwegs und wenn ja warum?

[iOnier]

Die Frage ist nicht ganz einfach zu beantworten. Auch ein E-Motor hat über Drehzahl und Last keinen ganz gleichmäßigen Wirkungsgrad (wenngleich unter allen Bedingungen deutlich besser als ein Verbrenner). Gleiches gilt für die Leistungselektronik.

Allgemein würde ich davon ausgehen, dass die Ingenieure versuchen, den Wirkungsgrad dahin zu optimieren, dass das Fahrzeug im am meisten verwendeten Betriebsbereich auch am wirtschaftlichsten arbeitet.

Der Anstieg / Abfall des Wirkungsgrades wird aber auch nicht allzu steil sein, so dass da ein relativ großer Bereich existieren sollte, in dem Elektronik und Motor besonders günstig zu betreiben sind.

Bei einem Stadtflitzer wie einem Drilling (Mitsubishi i-MiEV und die beiden PSA-Derivate) möchte ich annehmen, dass die Optimierung auf den unteren Teillastbereich abgestimmt ist. Also vielleicht 1/2 bis 1C (bei deren 50 Ah-Akku also 25-50A).

Bei einem eher auf Streckenbetrieb ausgelegten Fahrzeug wie dem ioniq würde ich eher den mittleren Teillastbereich vermuten (keine Ahnung, wie viel Strom der da ziehen würde).

Allen gemeinsam ist aber, dass die Wärmeverluste in den elektrischen Leitern als sogenannte Ohm'sche Verluste im Quadrat mit dem fließenden Strom steigen.

Aus (einfach mal angenommen) 2kW Verlustleistung bei 25A würden also schon
=> 8kW Verlustleistung bei 50A werden (Leistung verdoppelt => Verluste vervierfacht) und
=> 32kW Verlustleistung bei 100A (gleiche Rechnung, jetzt die bereits erreichten 8kW Verlust nochmal vervierfacht bei ja wieder verdoppelter Leistung macht tatsächlich 32kW).

Das erklärt übrigens ganz nebenbei auch, warum hohe Geschwindigkeiten gerade für E-Autos so "tödlich" sind, was den Wirkungsgrad angeht. Eine Verdoppelung der Geschwindigkeit bedeutet einen 4* so hohen Luftwiderstand (der steigt auch im Quadrat mit der Geschwindigkeit) und eine 8* so hohe nötige Leistung!

Der rechnerisch nötige Energiebedarf für eine bestimmte Strecke halbiert sich dann aber wieder (also 4-fach, nicht 8-fach), da der Motor die 8-fache Leistung bei doppelter Geschwindigkeit ja nur über die halbe Zeit abgeben muss.

Aber:
Es muss ja bei einer Verdoppelung der Geschwindigkeit grob gerechnet der 8-fache Strom fließen und die Ohm'schen Verluste wachsen quadratisch mit dem Strom, bei 8-fachem Strom also um den Faktor 8² => 64!

Allerdings nur für die halbe Zeit, die "verheizte" Energiemenge steigt also "nur" um den Faktor 32.

Noch mal eine Beispielrechnung mit Phantasiezahlen, die aber die (wirklich und auch in der Realität krassen!) Verhältnisse deutlich widerspiegeln:

Wenn wir bei konstant 50 km/h eine Stunde fahren und dabei angenommene 0,3 kW Verlustleistung (nur über Ohm'schen Widerständen) haben, dann wurden
=> über 50 km 0,3 kWh Energie in Ohm'schen Widerständen "verheizt")

Bei konstant 100 km/h sind es dann zwar 64×0,3=19,2 kW Verlustleistung, aber eben nur über 1/2 Stunde, also
=> über 50 km 9,6 kWh Energie "verheizt".

Nun aber zurück zum "Anfahren". Für ein "zügiges" Beschleunigen werden wir die höhere Leistung ja nicht langfristig abrufen. Die höheren Verluste werden sich also über eine nennenswerte Fahrstrecke verteilt nicht so extrem darstellen.

Ich habe schon mit meinem alten Diesel, einer wirklichen "Wanderdüne" festgestellt, dass ich damit an der Ampel meist flotter wegkam als der übrige Verkehr (und wenn ich es auch nur etwas darauf anlegte auch deutlich flotter). Jetzt mit einem E-Auto der unteren Kategorie (Drilling) fahre ich den meisten schon deutlich weg, wenn ich mit nur mäßigem Strom beschleunige. Damit fahre ich schon recht sparsam. Ich halte es daher für vollkommen überflüssig und auch für ungehörig, den nachfolgenden Verkehr mit "Kriechbeschleunigung" zu nerven.

[Greenhorn]

Wenn Du normal beschleunigst oder im Schleichgang Startest, macht vom Verbrauch kaum etwas aus. Erst wenn Du wirklich Leistung abrufst, geht der Verbrauch auch hoch.

[Alex1]

Bei der Zoe geht die Leistung beim Beschleunigen ziemlich schnell auf 20 kW und höher.

Ich hab den Verdacht, dass das Beschleunigen (und Fahren) mit über 20 kW auch am SOH nagt. Deswegen beschleunige ich üblicherweise allein mit 10 und mit Hintermann mit 20 kW.

10kW? Und da bewegt sich was? Ich empfand schon die 16kW beim Drilling als ziemlich zäh, und der wiegt 400kg weniger. Konstant 16kW bis 50km/h ergeben übrigens ziemlich genau die Beschleunigung eines Durchschnittsverbrenners. Manche sind aber selbst dann noch lahmer. Also nix mit 100kW oder 200kW V6-Diesel mit bärenstarkem Durchzug - der Durchschnittsverbrenner in Deutschland beschleunigt so lahm wie das leistungsschwächste Serien-Elektroauto im Ecomodus.

[Karlsson]

Bei der Zoe geht die Leistung beim Beschleunigen ziemlich schnell auf 20 kW und höher.

10s 10kW oder 5s 20kW bedeutet die gleiche Energie.
Der Motor ist bei geringer Last eher nicht so effizient. In der Praxis ist es nicht soooo relevant. Viel Strom, der zu Schlupf an den Rädern führt, ist halt verlorene Energie.

Der Batterie gehts aber nicht um die gleiche Energie, sondern den Spitzenstrom bei der Entnahme.

[Schüddi]

Also sollte man eher im schleichgang stetig beschleunigen statt zügig und gleich segeln..?
Ich glaube ich fahre lieber weiter wie bisher. Mich nerven diese schleichfahrer an der Ampel ja selbst immer vor allem wenn man mit einem Schalter hinterher fahren muss und die Kupplung unnötig belasten muss oder unnötig lange im ersten oder zweiten Gang hängen muss. Ich denke immer "tu keinem was was du nicht willst was man dir tut".

[iOnier]

Nein, eben nicht "Schleichgang". "Ganz unten" sind zwar die Ohm'schen Verluste am geringsten, einfach weil sehr kleine Ströme fließen. Der Wirkungsgrad von Motor und Leistungselektronik ist aber "ganz unten" nicht optimal sondern beide dürften erst im zwar unteren (bis mittleren, je nach Auslegung) Teillastbereich in den Bereich des besten Wirkungsgrads kommen.

Ich vermute, dass sich das im unteren Lastbereich etwa ausgleicht. Insofern wird es ziemlich wurscht sein, ob Du mit 5% Leistung "ankriechst" oder mit 30% anfährst.

"Normal zügig" anfahren, niemanden behindern, möglichst gleiten - wo es die Verkehrssituation erlaubt - und sich wohlfühlen.

Nur halt keine Beschleunigungsorgien, v.a. nicht im Stadtverkehr, wo Du alle naslang an der Ampel stehst (also oft beschleunigen musst). Bei "Vollstrom" schlagen halt die Ohm'schen Verluste massivst zu, der Wirkungsgrad von Motor und Leistungselektronik sinkt ebenfalls und auch die Rekuperation nachher ist ja nochmals verlustbehaftet.

[wnjwd]

Also sollte man eher im schleichgang stetig beschleunigen statt zügig und gleich segeln

bitte nicht, wie iOnier so treffend geschrieben hat : vollkommen überflüssig und ungehörig.

Und nicht nur überflüssig sondern falsch.

Das Bild zeigt ein Wirkungsgradkennfeld für einen typischen Antriebsstrang eines E-mobils. Das Bild von meinem Leaf habe ich leider nicht mehr gefunden, sieht aber ähnlich aus.
Der Wirkungsgrad ist aufgetragen über Geschwindigkeit und Drehmoment.

Beispiel für ein Wirkungsgradkennfeld

- unten links ist der Schleichbeschleuniger, der schlechteste Wirkungsgrad überhaupt und braucht ewig bis er bei 60km/h im optimalen Bereich ist.
- oben links, selbst bei maximaler Beschleunigung ist der Wirkungsgrad noch besser als beim Schleicher. Und man ist nach 3sec schon im optimalen Bereich.

In der Praxis bewege ich mich wohl im mittleren Bereich um 200 Nm, aber immer schneller als jeder Verbrenner.
Das zählt für mich mit zum Fahrspaß und ist beim Hybrid auch nicht anders denke ich. Mancher hört vielleicht lieber Hupkonzerte hinter sich, ich gehöre aber nicht dazu.

Das Diagramm entstammt dieser Studie https://www.competence-e.kit.edu/downlo ... _final.pdf Seite 22.