Wirkungsgrad Elektroauto

[ganderpe]

das halten an einem ort mit steigung brauch wohl energie.
auch wenn der elektromotor nur das haltemoment bei geschwindigkeit null hergeben muss, braucht es strom, welcher wiederum über den innenwiderstand des motors und der batterie verlustleistung erzeugt. natürlich erzeugt auch der schaltregler der motorsteuerung verluste.

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[iOnier]

- bei einer Geschwindigkeit von "0" (halten an der Steigung mit dem Fahrpedal) wäre mein Verbrauch daher "unendlich" hoch, allein durch das Aufwenden dieser "Halteenergie"

nicht ganz. kraft alleine brauch keine leistung, erst kraft mal weg braucht leistung.

Stimmt: Kraft * Weg = Arbeit, Arbeit / Zeit = Leistung. Kraft = Gegenkraft ist noch gar nix
Aber: sobald das Auto nicht mit einem Keil oder einer Feststellbremse gehalten wird sondern mit einem laufenden Motor (beim Verbrenner mit schleifender Kupplung und dadurch zusätzlichen Verlusten, beim E-Motor mit magnetischem Schlupf und thermischen Verlusten in Leitungen und Regelelektronik) wird eben doch Arbeit geleistet.

die verluste im elektrischen teil vom antrieb werden je grösser desto grösser der strom ist. bei gleichbleibenden ohmschen widerständen steigen die verluste im quadrat.

Ah - das hatte ich so schon nicht mehr im Kopf. Das relativiert meine Schlussfolgerungen natürlich etwas.

den weit grössten einfluss hat wohl immer noch der luftwiderstand.

Aber erst da, wo sein Anstieg so steil wird, dass er über die linear ansteigenden übrigen Fahrwiderstände deutlich dominiert. Allgemein wird das immer so ab etwa 80 km/h angenommen.

da es aber auch im stand verluste gibt ist die ideale geschwindigkeit also nicht nahe 0 sondern etwas höher.

Mir ist halt aufgefallen, dass mir die App caniOn bei langsamem Berganfahren (um 30 km/h) exzessiv hohe Momentanverbrauchswerte (280-340 Wh/km, der Momentanwert schwankt immer ziemlich und die Steigungen hier sind sehr kurz, so dass ich schlecht einfach mal eine längere Steigungsstrecke fahren und den Mittelwert nehmen kann) anzeigt und bei 50-60 km/h an der selben Steigung merklich niedrigere Werte (um 180-250 Wh/km).
Auch die Restreichweitenanzeige geht weniger 'runter wenn ich eine Steigung flott anfahre und dann zum Ende hin nachlasse als wenn ich sie mit gleicher effektiver (Durchschnitts-) Geschwindigkeit konstant fahre. Was mich halt vermuten lässt, dass ich auf dem schnelleren Abschnitt, da wo ich die Hauptleistung einspeise, einen besseren Wirkungsgrad habe.

ich vermute mal (ich habe noch keine praktischen erfahrungen disbezüglich) dass du bergauf idealerweise ein ganz klein wenig langsamer fahren solltest als bergab. wo die fahrzeuge am effizientesten sind weiss ich nicht. ev um die 60kmh rum?

Tja, genau das ist die Frage

also mässig schnell beschleunigen auf die geschwindigkeit mit dem geringsten verbrauch und da bleiben.

Eher zügig beschleunigen, um nicht unnötig lang im ungünstigen Bereich zu verharren, aber nicht so scharf, dass die ohmschen Verluste und der Luftwiderstand zu groß werden. Aber ich wollte es erst mal einfach halten und von Konstantfahrt ausgehen. Lässt sich leichter rechnen ... wenn sich halt jemand fände, der es rechnen mag - ich kann's nicht,

@eve

Wo die Verluste/Belastung jetzt am höchsten sind/ist (Motor, Leitungen, Batterie) sei mal dahingestellt. Hängt ja auch vom Fahrzeug ab. Grundsätzlich denke ich jedenfalls nun das 5 Sekunden 60 kW energetisch belastender sind als 10 Sekunden 30 kW abzurufen. Kann man das so sagen?

Das ist ganz sicher so, da - wie ich vorhin "wiedergelernt" habe die ohmschen Verluste ja quadratisch steigen. Dennoch kann es sinnvoll sein, diesen Verlust zu investieren: wenn der Verlust durch langes Verharren in einem sehr ungünstigen Geschwindigkeitsbereich am Berg schwerer wöge.

@Helfried

Ich kann mir aber auch nicht vorstellen, dass mit 60 km/h den Berg raufzuheizen ein Optimum an Effizienz darstellen kann.

Es kommt einem auf den ersten Blick unlogisch vor, wenngleich ich unter "heizen" in diesem Zusammenhang eher Geschwindigkeiten um 80-90 km/h verstehen würde und jemand anders vielleicht an 140 km/h in den Kasseler Bergen auf der A7 denken würde. Vorstellen kann ich es mir aufgrund der beschriebenen Überlegungen aber sehr wohl, allein ich würde es gerne wissen ...

[Greenhorn]

Aus meinen bisherigen Bergerfahrungen habe ich so 70 km/h auf der AB die Berge hoch als optimal empfunden. Je nach Steigung kann man, bezogen auf den Leaf, unter 20 kWh im Verbrauch bleiben.
Beim live testen, würde ich den Limiter einschalten. Bergauf gibt man meistens mehr Strom als nötig, weil man sich immer langsamer fühlt.

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[meikel66]

Die Wirkung der Rekuperation ist vom Modell abhängig. Sie sollte bei mindestens 60% liegen, kann aber auch bis über 80% betragen. Der E-Motor hat nur bei geringer Drehzahl einen Wirkungsgrad von über 90%. Mit höherer Drehzahl steigen die Ummagnetisierungsverluste, wodurch der E-Motor deutlich heißer wird. Leider haben die Autobauer noch keine neuen Legierungen entwickelt, um diese Verluste zu begrenzen. Deshalb wirkt sich auch die Reichweitenreduzierung bei höheren Geschwindigkeit bei E-Fahrzeugen deutlich stärker aus als bei Verbrennern. Mit höheren Reibungsverlusten und höheren Windkräften haben beide zu kämpfen, die Abnahme der Wirkungsgrades ist aber nur dem E-Fahrzeug eigen.

Bei der Berechnung des Gesamtwirkungsgrad musst Du neben dem Motorwirkungsgrad (der vom Modell und vor allem der gefahrenen Geschwindigkeit abhängt), musst Du noch die Verluste der Elektronik einbeziehen. Aus dem Gleichstrom wird über einen Wechselrichter Drehstrom gemacht. Der Wechselrichter arbeitet mit rund 90 bis 95 % Wirkungsgrad. Zur Geschwindigkeitssregelung wird ein Frequenzumrichter eingesetzt, der gleichfalls mit 90 bis 95 % Wirkungsgrad arbeitet. Bei der Gesamtbilanz musst Du aber auch noch die Ladeverluste einbeziehen. Diese betragen zwischen 10 und 20 %. Beim Rekuperieren kommt halt noch ein Gleichrichter ins Spiel, dessen Wirkungsgrad auch 90 bis 95 % hat. Für die Berechnung des Gesamtwirkungsgrad musst Du die einzelnen Faktoren einfach multiplizieren, z. B. 0,9 * 0,9 * 0,8 * 0,9= 0,58 => 58 %. Damit läge das E-Fahrzeug immer noch deutlich über den Wirkungsgrad eines Verbrenners.

Gruß
Meikel

[Karlsson]

Das Problem ist oft eher eine zu niedrige Drehzahl als eine zu hohe.
Verharrungsbremsung bei 30km/h bergab => nicht so doller Wirkungsgrad.

Die Tagesschau / Tagesthemen: Viel gescholten und doch im Verdacht nicht Nachrichten zu senden, sondern einseitige Ansichten zu verbreiten.
Das als Schlaglicht veröffentlichte Beispiel für einseitige Schuldzuweisung eines Institutsmitarbeiters "500km" und Beispiel für einseitige Hähme des Redakteurs "bei Verbrecherjagt wäre nach 149km Schluß":
http://www.tagesschau.de/inland/nachfra ... s-101.html

Wäre man "gut informiert" nur einfach bereit, das aktuelle Nutzungsprofil der E-Mobile aufzuzeigen, wäre die Nachricht zusammen mit dem Aufhänger sauber dargestellt - so bedient man plump das Anti-Gefühl bzw. sucht den Beifall einer gewissen Gruppe.
Wenn der Redakteur nichts anderes produziert - sollten die Tagesschau-Verantwortlichen ihre Ansprüche bitte höher schrauben.

http://boerse.ard.de/aktien/hostess-ret ... er100.html

[graefe]

...Für die Berechnung des Gesamtwirkungsgrad musst Du die einzelnen Faktoren einfach multiplizieren, z. B. 0,9 * 0,9 * 0,8 * 0,9= 0,58 => 58 %. Damit läge das E-Fahrzeug immer noch deutlich über den Wirkungsgrad eines Verbrenners.

Man liest, dass ein moderner Dieselmotor einen Wirkungsgrad von 45% hat. So deutlich wäre der Unterschied nicht, wenn Deine 58% stimmen sollten (wovon ich übrigens nicht überzeugt bin). Man müsste sich dann auch fragen, warum man mit den 42% Wärmeverlusten nicht eine Heizung/Wärmepumpe betreiben kann.

[meikel66]

@ graefe,

das war doch nur ein Beispiel. Das Problem ist, dass die Verluste an unterschiedlichen Stellen entstehen. Wenn Du Deinen Akku in der Garage lädst, dann hast Du rund 10 bis 20 % Verluste im Ladegerät, Batteriemanagement, Zuleitung und Akku. Die Verluste sind teilweise so hoch (Schnellladung), dass der Akku gekühlt werden muss, sonst würde ihn die hohe Temperatur zerstören. Bei Rekuperieren entstehen die Verluste beim Ladegerät, Batteriemanagement, Zuleitung, Akku, Generator. Beim Gas geben entstehen Verluste im Akku, Wechselrichter, Frequenzrichter, Zuleitung, Batteriemanagement, Steuereinheit, Motor usw. usw. usw. Man kann die Verluste, die an unterschiedlichen Komponenten entstehen, nicht so einfach bündeln.

Beim Dieselmotor betrachtest Du nur den Motor, nicht den ganzen Rest. Dann sähe der Wirkungsgrad deutlich schlechter aus (für Reibung in Kupplung, Getriebe, Antriebswellen, Radlager, Lichtmaschine usw. usw. usw.) .

Beim Vergleich Dieselmotor vs. E-Motor gewinnt haushoch der E-Motor. Entscheidend ist aber doch der Wirkungsgrad für das Gesamtsystem.

[iOnier]

hinzu kommt noch, dass der Diesel seinen besten Wirkungsgrad nur am optimalen Arbeitspunkt hat (Drehzahl, Einspritzmenge; => Muscheldiagramm). In den allermeisten Fahrzuständen und insbesondere bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist er von diesem "sweet spot" aber weit entfernt. Wenn man ihn im Durchschnitt mit 30% betreiben könnte wäre man vermutlich schon gut davor, schätze ich. Mit Hybridiserung vielleicht noch mal 5% besser oder so. Auch ein E-Motor hat drehzahl- und lastabhängig nicht überall den gleichen Wirkungsgrad, die Unterschiede sind aber AFAIK deutlich geringer. Den Gesamtwirkungsgrad (well to wheel, z.B. als kWh pro Fahrzeugkilometer gerechnet) eines E-Autos wird ein Diesel somit nie erreichen können.

[meikel66]

@ iOnier,

das Problem des heute verbauten E-Motors ist, dass er noch keine speziellen Legierungen enthält, der die Ummagnetisierungsverluste verringert. Wenn wartungsfreie Drehstrommotoren eingesetzt werden, deren Drehzahl sich nur über die Frequenz steuern lässt, steigen die Ummagnetisierungsverluste bei höherer Geschwindigkeit deutlich an. Deshalb ist die Auswirkung auf die Reichweite auch so erheblich bei schneller Fahrt. Beim Tesla halbiert sich die Reichweite bei schneller Gangart. Das lässt sich nicht alleine auf die Zunahme der Windkräfte und Reifenrollwiderstände begründen.

Und dennoch ist der Drehstrom-E-Motor dem Diesel deutlich überlegen. Mit verbesserten E-Motoren könnte der Vorsprung noch ausgebaut werden. Leider forschen aber nur Zulieferbetriebe an besseren E-Motoren