Antrieb, Wärme und Kälte - Tesla Model S / X

Antrieb, Wärme und Kälte - Tesla Model S / X

Beitragvon mmm » Fr 4. Sep 2015, 00:01

abgetrennt vom Thread Model X, ein Flopp?
eDEVIL


Für mich persönlich wäre ein Model X nichts, da ich kein SUV Fan bin.
Aber es gibt so viele Leute, die anders denken. Erst heute mit einem Kunden darüber gesprochen, er wäre eher für ein Model X als S. Die 30.000 Vorbestellungen sind ja auch mal ein gutes Zeichen, verkaufen wird sich dieses sicher nicht schlecht.
Und ob ein S oder X produziert wird, je nach Bestellungseingang, ist ja auch egal.

@Karlsson:
Zu Deinem Post wegen Asynchronmotor und Wärmepumpe:
Asynchronmotoren sollen ja eigentlich etwas geringere Wirkungsgrade haben. Allerdings zeigen Model S trotz der Größe schon jetzt mit diesem Antrieb erstaunliche Reichweiten bzw. Verbräuche, also so schlecht ist das Ding nicht - das kann ich aus eigener Erfahrung sagen. Und auch wenn das eine oder andere Prozent verloren geht - ich bin froh keine Magnete im Motor zu haben, denn Magnete sind sehr empflindlich auf Temperatur, sprich temporäre und (das ist schlimmer) permanente Reduktion der Feldstärke. Also Motoren mit Magnete haben eine eingebaute Alterung, das ist Fakt. Ich bin froh, dass ein Tesla ohne Magnete auskommt, und ohne Bürsten / Schleifringe sowieso.

Zur Wärmepumpe, die ein Model S / X nicht haben soll muss ich mal Aufklärungsarbeit leisten:
Bei einem Haus bzw. deren Heizung versteht man unter "Wärmepumpe" einen umgedrehten Kühlschrank / bzw. Klimaanlage.
Eine Seite ist warm, eine Seite ist kalt, und man kann mit der eingesetzten Energie ein Mehrfaches (2 bis 3 Mal) an Wärme "erzeugen". Wobei "erzeugen" nicht ganz korrekt ist, denn die andere Seite wird "kalt", was Energieverlust bedeutet, somit stimmt der Energieerhaltungssatz.
Bei einem Haus versteht man unter einer "Umwälzpumpe" eine ganz normale Pumpe, die ein flüssiges Wärmeleitmittel (Wasser) einfach nur weiter pumpt.

Bei einem Auto versteht man unter "Klimaanlage" eine Klimaanlage aka Kältekompressor oder auch nur Kompressor (das Ding, das Wärme und Kälte "zerteilt").
Bei einem E-Auto versteht man unter einer "Wärmepumpe" eine stinknormale Umwälzpumpe - nicht mehr.

Also hat ein Zoe, wie heute fast alle E-Autos, eine normale Umwälzpumpe, um die z. B. vom Akku oder Motor erzeuge Wärme zur Innenraumheizung zu transportieren, um diese bzw. den Kompressor zu unterstützen. Das ist ganz und gar nichts besonderes aus meiner Sicht, aber man nennt es "Wärmepumpe" - kingt wohl besser.

Und nun zum Tesla: Man kann es auf den geleakten Service-Screenshots sehen, welch ausgefuchstes "Wärmeleitsystem" das Ding hat. Die Wärme / Kälte kann im ganzen Auto in verschiedenste Richtungen an verschiedenste Orte transportiert werden, über diese "3 Wege Verteiler". Das ist Wärmepumpe zum Quadrat, der Kompressor kann damit nicht nur den Innenraum heizen / kühlen, sondern auch Akku / Motor. Wärme vom Motor, wenn sinnvoll, auch an andere Orte wie Innenraumtemperierung transportieren.

Also ein Tesla hat eine "Wärmepumpe", und zwar von einer Ausgeklügeltheit (mehrere davon!) die mich nur staunen lässt - besser geht es aus meiner Sicht derzeit nicht. Man könnte es "Wärmepumpe 2.0" nennen.

Das musste ich einfach korrigieren...

Back to Model X:
Das Ding ist groß, der CW Wert sicher nicht schlecht, aber natürlich schlechter als Model S. Somit geringere Reichweiten. Das ist nun mal Physik. Wen störts? Vermutlich keinen, denn die Reichweite ist dennoch beachtlich, und die meisten Leute fahren sowieso nicht viel bzw. können die Pinkel- / Kaffee- / Ess- / Beinevertret-Pausen auf Langstrecken beim Supercharger machen - ohne Zeitverlust durchs Nachladen.

Was ich schon mehrmals gehört habe, ist dass Leute einen SUV deshalb bevorzugen, weil das Ein- und Aussteigen einfacher ist (mit zunehmendem Alter scheinbar ein Thema). Ich habe mit dem Einsteigen in einen Flachmann kein Problem, aber vielleicht in 20 Jahren - dann könnte ich ja auch vielleicht mal einen SUV bevorzugen. Und viele stehen einfach auf die erhöhte Sitzposition und dadurch bessere Sicht. Also "Flopp" würde ich Model X nicht bezeichnen, denn es gibt genug Interessenten, auch wenn ich selbst keiner davon bin.

Grüße,

mmm
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon eDEVIL » Fr 4. Sep 2015, 06:55

@mmm erinnert mich an meine aelteste Tochter. Die ist sehr gut im Erzaehlen von plausibel klingenden Geschichten.
Eine Umwaelzpumpe ist in jedem eAuto mit wasserkuehlung / wasserheizung, aber leider in einigen Modellen nur mit Klima zu kuehlen und nicht wp zum heizen.
Das ist dann nur ein ptc heizer, also durchlauferhitzer
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon mustanse » Fr 4. Sep 2015, 07:05

@mmm
Mann kann auch mit vielen gewählten und wohlklingenden Worten überdecken, dass man sich grundsätzlich irrt. Die serienmäßige Wärmepumpe im Zoe und die aufpreispflichtigen in anderen E-Fahrzeugen sind genau dass, was ihr Name sagt. Haaregespalten könnte man behaupten, jedes Fahrzeug mit Klimaanlage hat eine Wärmepumpenheizung, in dem Fall für draußen.
Dein sogenanntes 2.0-Heizungssystem im Tesla -ohne das schlechtreden zu wollen- ist einfach nur Batterie-/Leistungselektronik- und Motor Kühlung und ggf. Heizung. Das ist in fast allen E-Autos ebenso vorhanden, nicht immer mit Batterieheizung.
Den Innenraum mit Motorabwärme zu Heizen ist Auto 1.0, dass funktioniert mangels Abwärmeleistung nicht in E-Autos weswegen sie entweder elektrische Zuheizer (alà Tauchsieder), el. Wärmepumpen (umgedrehter Kühlschrank) oder Benzin/Diesel-Zuheizer besitzen.
Puh, das waren jetzt auch zu viele Worte...
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon Karlsson » Fr 4. Sep 2015, 07:27

@mmm
Die "Aufklärungsarbeit" bringt mich ja echt zum schmunzeln

Ich weiß, was eine Wärmepumpe ist und der Zoe hat eine serienmäßig
http://www.goingelectric.de/2012/09/19/news/renault-zoe-transparent/
Während deutlich teurere Autos sie nur als Option oder gar nicht haben.

Soweit ich weiß, hat Tesla bislang immer noch keine. Durch den riesigen Akku meint man wohl, man müsse nicht so drauf achten.

Deine "WP 2.0" hilft leider überhaupt nicht, um den Wagen vorzuwärmen. Und bevor der Elektromotor warm wird, bin ich schon 3x bei der Arbeit angekommen. Da brauchst Du nichts schönreden, das ist heiztechnisch einfach mal sehr amerikanisch.

Zu Deinen Befürchtungen zu den Magneten kann ich Dich beruhigen - alles sehr robust (bei vielen anderen E-Autos und in Jahrzehnten industrieller Praxis) und Schleifringe hat ein permanent erregter Synchronmotor auch keine. Auch kann der Motor kleiner bauen bei gleicher Leistung.
Die Magneten sind teurer als einfach nur ein Käfigläufer, für den es auch Aluminium täte, ja. Aber sollte das bei der Preisklasse nicht drin sein, wo es das bei viel billigeren Autos auch schon ist?
Klar hat Tesla auch mit dem Asynchronmotor gute Verbräuche, aber dass etwas schon nicht soooo schlecht ist, ist ja wohl kein Argument dafür, es nicht besser zu machen.


Robert hat geschrieben:
Für das Massenmodell Tesla 3 ...
Abgesehen davon wird ein Großteil ohne Supercharger auskommen. Wir schaffen es jetzt ja auch.

Die SUC sind mit DAS Argument für Tesla. Darf auch ruhig was kosten. Wichtig ist, dass es zuverlässig funktioniert und man ähnlich gut wie mit dem Verbrenner auch lange Strecken hin kriegt.
Da bekomme ich für Model III aber schon Zweifel, wo sie den Doppellader jetzt beim S nur noch unterm Ladentisch anbieten.
Der III wird mit weniger Reichweite als S ja wohl hoffentlich mindestens 22kW AC nutzen können und per Adapter bitte auch CCS und Chademo nutzen können und natürlich SUC. Wo soll da sonst der Durchbruch sein oder ein Vorteil gegenüber einem Leaf 2?
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon Ernesto » Fr 4. Sep 2015, 19:45

so haben die Leute heute auch geschaut als ich mit dem GTE (Probefahrt) an der Tanke nen 10er reingelassen habe!
Es waren komischerweise auch sehr viele Leute da.... Lol war schon lustich und da sagte ich zu meiner Frau, komm die lassen wir stauenen haha ohne einen Ton von der Tanke wech gefahren lol (rein elk.,) haha war cool :lol:
Gruß Tino
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon mmm » Sa 5. Sep 2015, 00:15

Werte Kollegen,

wenn ich es richtig verstanden habe, hat mein (leider auch nicht ganz diplomatischer) Post über Wärmepumpen für Verwunderung gesorgt, was ich nun zu korrigieren versuche...

Vorweg: ich habe nichts gegen Zoe & Co, ich finde alle derzeitigen E-Autos toll und technologische Meisterleistungen.
Da ich auch beruflich mit dem Thema zu tun habe, und bei den namhaften Herstellern diverse Techniker gefragt habe, was sie eigentlich unter "Wärmepumpe" verstehen, habe ich vor einiger Zeit recherchiert.

Also nun der zweite Versuch. Ich versuche das meiste mit Links zu belegen.

Klimaanlage (aka Wärmepumpe im Haus, Kühlschrank, usw) arbeitet in der Regel mittels Kompressor.
Kühlmittel wird auf der einen Seite mittels Kompression erwärmt, auf der anderen Seite durch Dekompression entsteht Kälte.
Verdampfer = kalte Seite
Kondensator = warme Seite
Wiki: https://de.wikipedia.org/wiki/Kompressionsk%C3%A4ltemaschine

Fiktives Beispiel: es hat 30 Grad außen, wir wollen 20 Grad im Innenraum erzielen.
Verdampfer = 10 Grad, Kondensator = 50 Grad.
Also können wir mit 10 Grad kühlen, die Abwärme des Kondensators muss außen per Kühler abgeführt werden.

Nun der Winter:
Es hat außen -10 Grad, wir wollen innen 25 Grad haben.
Die kalte Seite muss jedoch nun auf deutlich unter Null gebracht werden, um per Umgebungsluft wieder nahe -10 Grad "erwärmt" zu werden.
Das ist ziemlich viel Streß für das System, der Wirkungsgrad leidet auch, da die zu erzielende Temperaturdifferenz sehr hoch ist.
Um dem System zu helfen, wird die Wärme von Motor / Akku und anderen Komponenten dazu verwendet, die kalte Seite mit Wärme zu versorgen.
Dadurch muss das System keine so hohen Temperaturdifferenzen mehr erzielen, der Wirkungsgrad ist deutlich höher.
Das nennen nun einige Hersteller "Wärmepumpe" (hat aber nichts mit einer eigenen Kompressoranlage zu tun - denn die ist ja sowieso schon da). Eigentlich ist es aber nur das Zusammenschließen der Kühl / Heizsysteme.

Gekühlt und geheizt wird (heutzutage) mit der Kompressoranlage, je nach dem ob die kühle oder warme Seite in den Innenraum geleitet wird.
Nur ist das heizen bei niedrigen Temperaturen per Kompressor ineffizient, deshalb bedient man sich Abwärme anderer Komponenten zum Wärmen der kalten Seite.

Und nun Tesla hard-core, hier das geleakte Bild aus dem geheimen Service Menu:
http://craigfroehle.com/posted/models_system_status.png

Hier sieht man, was alles durch den Kühlkreislauf abgedeckt wird.
Motor, Inverter, Charger, Akku, sogar DC-DC Konverter, und nicht zuletzt Innenraum-Klimatisierung.
Man sieht die diversen Umwälzpumpen, 3-Wege Ventile, Kühler und Lüfter.
Ein mächtig komplexes System, da braucht man schon einige Zeit um die ganzen Wege zu sehen, die die Kühlkreisläufe durchgehen können.
Lustig am Bild, der Typ muss den Motor schon ordenlich gewetzt haben, 162 Grad auf der heißen Seite der Motorkühlung.

Es gibt auch 2 Kühlmittel, das normale Alkohol Kühlmittel (äußerer Kreislauf), sowie den Kreislauf mit Kältemittel (Kompressoranlage, innerer Kreislauf), und natürlich den Wärmetauscher, der beide Systeme verbindet.
Ja, man sieht auch das "böse" PTC Element, und den Battery heater.
Der Grund, warum es auch diese Teil gibt ist die Ineffizienz der Kompressoranlage bei niedrigen Temperaturen.
Dann wird nämlich die PTC Heizung auf einmal effizienter als der Kompressor, z. B. Batterievorheizung bei Minusgraden.

Was Tesla damit erzielt, ist die Wärme oder Kälte in jeder erdenklichen Situation an die gewünschten Orte zu transportieren.
Einmal wird der Akku und / oder Antrieb passiv gekühlt (ab 40 Grad Akku), per mittlerem Kühler vorne.
Ein anderes Mal aktiv (ab Akku 55 Grad), indem der Kompressor angeworfen wird (die äußeren beiden Kühler+Lüfter auf Kondensatorseite).
Will man dem Kompressor im Winter helfen, effizienter den Innenraum zu erwärmen, kann der Verdampfer erwärmt werden. Dazu wird auch der vordere Kühler umgangen (das Ventil oben rechts), um ja keine Wärme nach außen zu verschwenden.
Und man sieht hier sehr gut, dass der große Akku kein Problem ist. Denn man muss nicht warten, bis der Akku auf Temp ist. Der Motor ist viel schneller viel heißer, dessen Abwärme kann in den Kompressorteil umgeleitet werden (für Akku und Innenraum).
Deshalb auch die interne Aussage bei Tesla, dass man bei Kälte ruhig ordentlich Gas geben soll, damit der Motor der Innenraumheizung hilft und auch den Akku erwärmt.
Schaltet man auf "Range Mode", wird beispielsweise keine Wärme in den Akku geleitet, sondern nur in den Innenraum (kalte Kompressor Seite). Ohne Range Mode bekommt der Akku Wärme ab, um schnell auf Betriebstemp zu sein.
Sieht man auch als User recht gut, wie sich das unterschiedlich verhält, die Akku-Temp kann man an der Leistungsbegrenzung ablesen, der Energieverbrauch des Kompressors ist an der Anzeige bei Stillstand / N Stellung zu sehen bzw. zu hören.

Somit gibt es bei Tesla eine "Wärmepumpe" = das Kompressorsystem (was wohl alle haben).
Und es gibt die "Wärmepumpe", die die Wärme von Motor & Co zum Kompressorteil schickt, um diesem im Winter helfen (die kalte Kompressorseite = Verdampfer zu erwärmen, damit die warme Seite = Kondensator leichter erwärmt werden kann) oder im Sommer den Alkohol-Kühlkreislauf stärker abzukühlen (z. B. beim Supercharging im Sommer).

Das Positive an der Geschichte: da ist wohl alles an Möglichkeiten abgedeckt.
Das Negative: da ist nicht mehr drin, also weitere Verbesserungen (Reichweite) wohl nicht zu erwarten.

@ mustanse:
Die Abwärme vom Antrieb wird nicht direkt (oder doch auch?) zum Innenraumheizen verwendet, sondern um dem Kompressor auf der Verdampferseite zu helfen.
Also es steckt im Tesla ein bisschen mehr drin...

@ Karlsson:
Zoe scheint auf jeden Fall mal den Kompressor als "Wärmepumpe" zu haben.
Ob diese auch die Wärme der Antriebskomponenten verwendet, weiss ich nicht (geht hier nicht hervor aus dem von Dir verlinkten Bericht).
Bei VW gibt es das:
http://www.volkswagenag.com/content/vwcorp/info_center/de/publications/2014/02/umweltpraedikat-e-golf-2014-deutsch.bin.html/binarystorageitem/file/eGolf_UmwPraed_DB_d_2808.pdf
Text: "Wärmepumpe zur energiesparenden Innenraum-Klimatisierung (optional) nutzt sowohl die Wärme aus der Umgebungsluft als auch die Abwärme der Antriebskomponenten."

Laut VW ist genau das Nutzen der Wärme der Antriebskomponenten der Clou an der Sache (WP 2.0).

Habe nun bei meinem Auto die "Standheizung" angeworfen per App, zuerst läuft der Kompressor, dann die Innenraumlüftung, wenige Sekunden später die beiden Lüfter vorne. Also Tesla hat definitiv eine "Wärmepumpe" im Sinne von Zoe.
Dass die Abwärme der Anriebskomponenten zusätzlich hilft, zeigt die obige Grafik.

Also es gibt den Kompressor (WP 1.0), die Wärme der anderen Teile zur Unterstützung (WP 2.0) und das PTC Element (WP 0,5 wenn alles saukalt ist) - was fehlt da?
Amerikanisch sehe ich da nichts, im Gegenteil - effizient vom Feinsten.

Zum Motor: wer weiss, vielleicht finden sich irgendwann Magnete in deren Aggregaten?
So weit ich weiss, waren folgende Gründe für die Asynchronmaschine:
- keine seltenen Erden
- höhere Spitzenleistungen (induzierte Feldstärke höher als durch Magnete erzeugte)
- höhere Temperaturen möglich (Magnete wären schon gestorben)
Vielleicht sind auch die höheren Temperaturen mehr der Innenraumheizung dienlich, als bei den anderen KFZ?
Gerade das mit der Temp sieht man an der Grafik, 160 Grad ist der Motor heiss. Googeln nach "Magnete temperaturbeständig", das verlautbart:
Neodym verlieren ab 80° (wohl untauglich), Ferrit ab 250 Grad und unter -40.
Auch wenn es nur meinem Wohlbefinden dienlich ist, scheint mit eine Async Maschine langfristig sinnvoller.
Industrielle Maschinen sind wohl nicht diesen Temperatur- und Leistungsunterschieden / Spitzenleistungen ausgesetzt (bei der geringen Baugröße)...

@ eDEVIL:
Ist hoffe das ist auch ein plausibles klingendes Gschichterl? 8-)

Grüße,

mmm
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon tubi » Sa 5. Sep 2015, 01:48

Danke für die ausführliche Erklärung. Das muß ich erstmal sacken lassen.
Du hast auch einen weiteren Grund genannt, warum Tesla entgegen den Trends möglicher Weise einen Asynchronmotor verwendet.
Danke auch dafür !
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon Twizyflu » Sa 5. Sep 2015, 07:27

Eine Welt bricht zusammen...
Also alles Marketing beim Zoe?
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon eDEVIL » Sa 5. Sep 2015, 08:46

@mmm ja, nette Detailinfos zu Model S. ;)

Ob man auf der Kaltseite nun Motorwärme, Umweltwärme oder beides rein schickt, ändert aber nichts daran, ob es sich um eine Wärmepumpe handelt.
Ist schon ein ausgeklügeltes Wärme- und Kälteremanagement, wie man es sonst nur von größeren Gebäuden kennt.
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Re: Model X, ein Flopp?

Beitragvon Karlsson » Sa 5. Sep 2015, 18:10

@mmm
Das Problem bei der Nutzung der Abwärme ist, dass bei Fahrtbeginn erstmal keine da ist und die Wärme auch besonders langsam und auf niedrigem Niveau erst entsteht, da der Wirkungsgrad einfach ungleich höher ist als beim Verbrenner. Und selbst moderne Diesel haben im Winter schon elektrische Zuheizer nötig, um in vernünftiger Zeit den Innenraum warm zu kriegen.

Klar bringt die Wärmepumpe (und mit Wärmepumpe meine ich auch eine Wärmepumpe und nicht nur eine Umwälzpumpe, weil irgendein Techniker bei irgendeinem Hersteller das lieber auch so nennt, weil ihm das besser in den Kram passt) bei -10° nicht mehr viel, deshalb gibts dann ja noch einen Zuheizer über einen normalen Heizstab. Geht auf die Reichweite, aber erfrieren will man ja auch nicht. Bei +10° spart sie aber schon einiges an Heizstrom und das ist hier viel öfter der Fall als -10°, die wir im letzten "Winter" wohl gar nicht hatten.
Mein Stand war, dass Tesla keine Wärmepumpe verwendet. Aus dem Schema kann ich es nicht direkt entnehmen. Da geht es ja auch vor allem um den Akku.

mmm hat geschrieben:
Amerikanisch sehe ich da nichts, im Gegenteil - effizient vom Feinsten.

Wenn Abwärme nicht genutzt werden kann - weil noch keine da ist oder sie nicht reicht - und auch keine Wärmepumpe verwendet wird, muss auch bei +10°C über PTC geheizt werden => sehr amerikanisch.

mmm hat geschrieben:
Ob diese auch die Wärme der Antriebskomponenten verwendet, weiss ich nicht (geht hier nicht hervor aus dem von Dir verlinkten Bericht).

Weiß ich nicht. Bei mir sind aber Elektronik und Motor wassergekühlt. Also der Verdacht wäre schon da. Wobei es auf 10km wie gesagt nicht wirklich was bringen wird. Und auf längeren Strecken ist der Heizbedarf auch nicht mehr so doll. Energie fressen tut aufheizen. Wärme halten weniger.
Es ist sicher ein Vorteil, diese Wärme zu nutzen, aber es ersetzt nicht die Wärmepumpe.

mmm hat geschrieben:
Bei VW gibt es das:

Gegen Aufpreis im E-Golf. Im Up gibt es keine Wärmepumpe. Im i3 gibt es sie nur gegen Aufpreis und nicht in Kombi mit dem RE. Und wenn der RE verbaut ist, wird die Abwärme des Verbrenners nicht für die Heizung des Innenraums benutzt => dämlich³

Also als Standard würde ich die Wärmepumpe damit noch nicht sehen.

mmm hat geschrieben:
So weit ich weiss, waren folgende Gründe für die Asynchronmaschine:
- keine seltenen Erden

Ja, ist billiger.

mmm hat geschrieben:
- höhere Spitzenleistungen (induzierte Feldstärke höher als durch Magnete erzeugte)

Nein. Die Synchronmaschinen liegen bei der Leistungsdichte vorne.

mmm hat geschrieben:
- höhere Temperaturen möglich (Magnete wären schon gestorben)

Stimmt, stellt aber kein Problem dar. Hab viel mit Synchronmotoren zu tun, da bekommen als erstes die Geber Probleme.

mmm hat geschrieben:
Auch wenn es nur meinem Wohlbefinden dienlich ist, scheint mit eine Async Maschine langfristig sinnvoller.7

So, wie Porsche auch lange an den luftgekühlten Boxermotoren festgehalten hat... :lol:
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