Maßeinheiten rund um das E-Mobil

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Maßeinheiten rund um das E-Mobil

Beitragvon phonehoppy » Di 13. Mär 2018, 16:34

Liebe Forengemeinde,

leider sieht und hört man in der Öffentlichen Diskussion und somit auch hier im Forum immer wieder große Unsicherheit im richtigen Umgang mit Maßeinheiten. Unter einem "PS" können die meisten sich etwas vorstellen, auch wenn das gar keine offiziell genormte Maßeinheit mehr ist. Wenn es allerdings um Akkukapazität, Ladeleistung oder Energieverbrauch geht, werfen viele mit Buchstaben- und Zahlenkombinationen nur so um sich. Vor allem die Buchstaben k, W, m und h kommen dabei in oft beliebig scheinender Abfolge vor.

Um etwas Licht ins Dunkel zu bringen, wollte ich hier ganz kurz erklären, wie die Maßeinheiten, die in der Diskussiom um Elektroautos oft vorkommen, richtig verwendet werden. Natúrlich wie bei uns üblich im metrischen System...
Fangen wir zuerst mit dem an, was wir auch von Verbrennerautos her kennen:

Entfernungen oder Strecken
Für Strecken in der Größenordnung, wie wir sie mit dem Auto zurücklegen (also auch z.B für die Reichweite eines Elektroautos) bietet sich die Einheit "Kilometer" an. Allgemein bekannt ist, dass der Vorsatz "kilo..." eine Vertausendfachung der Nachfolgenden Maßeinheit bedeutet. 1 Kilometer sind also 1000 Meter.
Korrekte Abkürzung: km (nicht KM, kM oder k m...)

Geschwindigleit
Die Geschwindigkeit ist die innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts zurückgelegte Strecke. Für Autos bietet sich hier "Kilometer pro Stunde" an, da ja Strecken sowieso in Kilometer gemessen werden. Und unter einer Stunde kann man sich auch sehr gut einen Zeitraum vorstellen den man irgendwohin unterwegs ist. Das international anerkannte Zeichen für die Einheit Stunde ist "h".
Korrekte Abkürzung für die Geschwindigkeit ist also: km/h (nicht kMh, kmh, km/Std. usw.)
Und ja, der Schrägstrich ist wie ein Bruchstrich oder ein "geteilt durch"-Zeichen zu lesen. Es geht um eine Strecke pro Zeit, das ist gleichbedeutend mit Strecke "durch" Zeit.

Leistung
Gerade bei Autos spielt die Größe "Leistung" eine bedeutende Rolle. Damit ist die innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts umgesetzte Energie gemeint. Also "Energie pro Zeit".
Mehr zu "Energie" im nächsten Abschnitt...
Wird innerhalb einer Sekunde ein Joule umgesetzt, nennt man die so vollbrachte Leistung ein Watt. Die Abkürzung für Watt ist "W" (großes W!). Also 1J / 1s = 1W.
Bei Autos passt es besser, wenn wir für die Leistung immer gleich Kilowatt (kW) nehmen, denn ansonsten müssen wir immer mit sehr hohen Zahlen hantieren.
Die Abkürzung kW soll wirklich immer mit kleinem k und großem W geschrieben werden.
Man kann so z.B. die Leistung eines Motors oder auch die Leistung eines Ladegeräts messen und beschreiben. Bei beidem wird in einer gewissen Zeit eine gewisse Energie umgesetzt.
Früher maß man die Leistung einer Maschine gerne auch in "PS" (von "Pferdestärken"), aber das ist veraltet, und die Autohersteller schreiben das nur noch, weil 1 kW = 1,36 PS sind und damit die Leistung eines Autos auf dem Papier in PS größer wirkt als in kW (höhere Zahl für die gleiche Leistung).

Bisher ging es hauptsächlich um Einheiten, die sowohl bei Verbrennern als auch bei Elektroautos benutzt werden. Nun aber zu einigen Einheiten, die wir fast nur im Zusammenhang mit Elektroautos nutzen:

Energie, Akkukapazität, Ladezustand
Ein Akku oder eine Batterie ist ein Energiespeicher. Aus diesem Grunde gibt man auch die Kapazität oder den aktuellen Ladezustand eines Akkus als Menge der Energie an, die in ihm gespeichert werden kann, resp. gerade gespeichert ist.
Normalerweise wird die Energie in der Einheit "Joule" gemessen (kennen wir von der Deklaration auf Lebensmitteln, wo deren Energiegehalt angegeben ist).
Aus der Mechanik kennen wir hier die Definition "Energie ist Kraft mal Kraftweg". Das bringt uns aber im Zusammenhang mit Akkus und Elektroautos nicht viel weiter. Daher wird in diesem Bereich die Energie wieder als Umkehrung der Definition der Leistung beschrieben: Die Leistung wird in W gemessen, und da die Leistung "Energie pro Zeit" ist (siehe oben), ist die Energie "Leistung mal Zeit". Darum gilt auch: 1 J = 1 W * 1 s (1 Wattsekunde).
Wir messen also die Energie in Ws (Wattsekunden). Die dabei auftretenden großen Zahlen sind allerdings etwas unhandlich, so dass die Größenordnungen bei E-Auto-Akkus etwas anders gewählt werden. Wir nehmen hier gleich Kilowatt statt Watt und Stunden statt Sekunden, also die "Kilowattstunde", abgekürzt kWh. Wer will kann ja mal ausrechnen, wieviele Joule (J, Ws) Energiegehalt ein voller 30 kWh-Akku hat.
Bitte beachten: Anders als bei km/h weiter oben gibt es hier keinen Bruchstrich und kein "geteilt durch", denn es heißt auch nicht "Kilowatt pro Stunde" sondern "Kilowattstunde". Man muss sich also zwischen den 3 Buchstaben des Einheitenkürzels eine Multiplikation vorstellen, keine Division.
Die vorhandene Restenergie eines Akkus wird auch oft als Prozentsatz der Akkukapazität angegeben. Neudeutsch nennt man das dann "State of Charge, oder abgekürzt SoC. Dies ist eine der wichtigsten Größen, die in einem E-Auto vom Bordcomputer angezeigt werden. Sind also bei 30 kWh Akkukapazität 15 kWh geladen, so hat man einen SoC von 50%.

Wirkungsgrad
Immer wenn Energie umgesetzt wird (siehe oben) wird ein Teil der Energie z.B. als Wärme an die Umgebung abgegeben und steht dann nicht mehr für den eigentlich vorgesehenen Zweck zur Verfügung. Das Verhältis zwischen der insgesamt verbrauchten Energie und der, die für den vorgesehenen Zweck zur Verfügung steht (z.B. das Bewegen des Autos) nennt man Wirkungsgrad. Dieser kann als Prozentwert, als Dezimalbruch oder als Bruchzahl angegeben werden und hat keine Maßeinheit, da ja zwei Werte mit der gleichen Einheit durcheinander geteilt werden. Die Einheit wird dadurch zu "1" und ist nicht mehr zu sehen....

Verbrauch
Um zu wissen, wie lange wir mit unserem Auto bei gegebener Akkukapazität und bekannter Leistung fahren können, würde es eigentlich reichen, die Energie im Akku (in kWh) durch die momentane Leistungsaufnahme des Motors (in kW) zu teilen, und wir bekämen die Dauer in Stunden, die wir fahren können,
Für uns interessanter, als die Zeit, ist aber die Strecke, die wir noch fahren können. Darum errechnet uns der Bordcomputer des Autos eine Verbrauchsgröße, die von der Strecke abhängt. Bei einigen Autos wird diese Zahl in "Kilowattstunden pro 100 Kilometer" (kWh/100km) angezeigt, bei anderen in "Wattstunden pro Kilometer" (Wh/km).
Wie man leicht im Kopf errechnen kann, gibt es einen Unterschied zwischen den beiden um Faktor 10. das bedeutet: 17 kWh/100km = 170 Wh/km. Bitte auch hier auf die korrekte Groß- und Kleinschreibung und die korrekte Verwendung des Bruchstrichs achten!

Ladegeschwindigkeit
Beim Laden an einer Ladestation ist die Ladegeschwindigkeit wichtig. Sehr anschaulich ist da eine Angabe, die den Gewinn an Reichweite in einer bestimmten Zeit beschreibt. Genau wie bei der Fahrgeschwindigkeit wäre - entsprechend der Leistungen heutiger Ladestationen - "Kilometer pro Stunde" wohl am angemessensten. Einige Autos zeigen während des Ladevorgangs so einen Wert direkt im Bordcomputer an. Bei anderen lässt er sich errechnen: "Durchschnittliche Ladeleistung in kW" mal 100 geteilt durch "Durchschnittlicher Verbrauch in kWh/100km". Oder entsprechend, wenn wir den Verbrauch in Wh/km angezeigt bekommen: "Durchschnittliche Ladeleistung in kW" mal 1000 geteilt durch "Durchschnittlicher Verbrauch in Wh/km".
Natürlich kann das immer nur ein Schätzwert sein, denn der wirkliche Verbrauch nach der Ladung ist ja vorher nicht bekannt. Außerdem schwankt die Ladeleistung abhängig von Akkutemperatur, Ladezustand usw.
Man muss also immer eine durchschnittliche Ladeleistung in der erwarteten Ladezeit und einen geschätzten Verbrauch annehmen.
Einheit: km/h, Errechnet aus 1 kW * 100 / 1 kWh/100km oder 1 kW * 1000 / 1 Wh/km

Übersicht
Geschwindigkeit: Kilometer pro Stunde, km/h
Motorleistung: Kilowatt, kW
Leistung einer Ladestation: Kilowatt, kW
Akkukapazität und Akkuladezustand: Kilowattstunde, kWh, State of Charge, SoC in Prozent (%)
Verbrauch: Wattstunden pro Kilometer (Wh/km) oder Kilowattstunden pro 100 Kilometer (kWh/100km).
Ladegeschwindigkeit als Reichweitengewinn in einer gewissen Zeit: Kilometer pro Stunde, km/h
Zuletzt geändert von phonehoppy am Fr 16. Mär 2018, 09:34, insgesamt 2-mal geändert.
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Re: Maßeinheiten rund um das E-Mobil

Beitragvon pmiddeld » Sa 24. Mär 2018, 20:40

Verbrauch: Kilometer pro Kilowattstunde (km/kWh)

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Re: Maßeinheiten rund um das E-Mobil

Beitragvon Alex1 » Sa 24. Mär 2018, 21:06

Nein, das ist die Mileage. Finde ich übrigens sinnvoller als unseren Verbrauch. War auch so bei den Verpestern:
- 4 auf 3 l/100 km Ersparnis klingen nicht nach allzu viel,
- 25 auf 33 km/l klingt schon viel besser :mrgreen:

Es ist immer effektvoller, den Nenner zu verkleinern als den Zähler zu vergrößern :D ;)
Herzliche Grüße
Alex
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Re: Maßeinheiten rund um das E-Mobil

Beitragvon Amperä-Manni » Sa 24. Mär 2018, 21:31

Vielen Dank für die sachliche und umfangreiche Aufstellung.

Eine Anmerkung zum Verbrauch: Bei meinem Fahrzeug wird leider (?) nicht der Verbrauch in kWh/100km oder einer ähnlichen Einheit angezeigt. Stattdessen wird mir nur die aktuelle Leistung zuteil. Wenn ich zufällig konstant mit 100km/h unterwegs bin, ist die Mantisse gleich und ein Vergleich mit anderen Erzählern einfach. Fahre ich jedoch beispielsweise mit 125km/h, muß ich von der angezeigten Leistungs-Mantisse ein Fünftel abziehen, um mich mit Anderen über einen Verbrauch in kWh/100km unterhalten zu können. In vielen Fällen jedoch bleibt für eine Diskussion kurzfristig nur eine grobe Schätzung und damit ein grober Vergleich...
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Re: Maßeinheiten rund um das E-Mobil

Beitragvon Wäller » Sa 24. Mär 2018, 21:44

Ihr habt aber schon gesehen, dass es zu diesem Thema einen separaten Diskussionsthread gibt?
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Re: Maßeinheiten rund um das E-Mobil

Beitragvon Alex1 » Sa 24. Mär 2018, 22:23

Welchen Fred?
Herzliche Grüße
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