Vergleich E-PKWs: Reichweite, Verbrauch, CW-Werte

[badsoden]

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Fastest drive with optimised speed

Speed and distance at 120 Kmh

Hallo Forenmitgliedern,
es gibt viele Diskussionen über Reichweite und Verbrauch und häufig werden Äpfel mit Birnen verglichen.
Bei Verbrauch geht es meistens um den allgemeinen Verbrauchsmix. Jetzt ist es so, dass ein E-Car einen ganz anderen Verbrauchsmix hat als einen Verbrenner. Der Verbrenner verbraucht in der Stadt seine Energie beim Bremsen (nicht beim Beschleunigen!). Beim Beschleunigen wird erst mal Energie in kinetische Energie umgewandelt aber meistens nicht beim Ausrollen wiederwendet, sondern beim Bremsen in Hitze verschwendet. Deswegen hat man der Hybrid ausgedacht, die gerade diese Energie wiederwendet. Auf der Autobahn ist es ganz anders. Da wird bei 120 ca. 75 % der Energie gegen Luftwiderstand eingesetzt und der Rest gegen Rollwiderstand und interne Verluste. Bei E-Cars ist es gerade umgekehrt. In der Stadt wird die meiste kinetische Energie beim Bremsen zurückgewonnen. Aber auf der Autobahn wird die meiste Energie zur Überwindung der Luftwiderstand verwendet. Kann man alles in den Verbrauchswerten zurückfinden.
Wenn es aber um Reichweite geht ist eigentlich nur der Verbrauch auf der Autobahn relevant. Im Stadtbereich wird man meistens innerhalb der Reichweite wieder zuhause sein und aufladen. Die Reichweite kommt meistens erst auf dem Radar des Fahrers bei längeren Strecken. Da Luftwiderstand quadratisch mit der Geschwindigkeit zunimmt macht es viel aus wie schnell man fährt. Dazu gibt es verschiedene Szenarien:
1) Ich bleibe innerhalb meiner Reichweite: Batteriegröße und Geschwindigkeit (CW Wert) entscheidend
2) Ich gehe über die Reichweite hinaus: Batteriegröße, Geschwindigkeit (CW Wert) UND Ladegeschwindigkeit entscheidend.

Wenn man davon ausgeht zuhause mit einer vollen Batterie zu starten und am Ziel wieder laden kann, dann kann man mit der optimalen Geschwindigkeit gerade sein Ziel in der kürzesten Zeit erreichen. Liegt diese aber außerhalb der Reichweite dann sollte man die optimale Geschwindigkeit wählen um so schnell möglich ans Ziel zu kommen. Da kommt es auf Luftwiederstand, Akkugröße und Ladegeschwindigkeit an. Die Ladegeschwindigkeit wird häufig unterschätz aber für schnelle Langstrecken ist sie sehr relevant. Es gibt eine Faustregel das bei der optimalen Reisegeschwindigkeit die aktuelle KW-Leistung (ist nicht Kwh/100km) gleich Ladegeschwindigkeit ist. Wenn das Auto nur eine 11 KW Anschluss hat und man bei 80 Kmh 11 KW Leistung abruft, dann ist das die optimale Geschwindigkeit. Der Verbrauch wäre dabei 13,75 Kwh/100Km.
Man kann diese optimale Geschwindigkeit für jedes E-Auto schätzen, wenn man nur Rollwiderstand und CW-Wert (plus Frontalfläche) kennt.
Unten habe ich für eine Liste van Autos genau diese Wert versucht zu errechnen. Ein mal bei maximalen optimalen Geschwindigkeit und einmal bei 120 Kmh.
Daraufbauend habe ich noch einige andere Werten errechnet:
1) Wenn man 500 Km zum Ziel hat wieviel Zeit bräuchte man dann minimal dafür?
2) Wie viele Km könnte das Auto in 24 Stunden schaffen? Dieser Wert habe fand ich interessant weil einige Leute im Youtube dazu Versuche unternommen haben. Bekanntestes Beispiel ist wohl der Weltrekord von Horst Luning mit seinem Tesla. Eigentlich sollten diese Werten für jedes Auto errechnet und testen

Einige Annahmen habe ich schon getroffen. So habe ich ein perfektes Ladenetz unterstellt. Überall verfügbar und immer so viel Leistung als das Auto aufnehmen kann. Die Ladegeschwindigkeit ist auch optimal (maximal) unterstellt. In der Praxis geht das nur bis ca. 70-80% SoC. Auch hier sieht man in Youtube Videos wo man genau genau nach dieses Strategie fährt: von Ladestation bis dem nächste ca. 100 KM weiter und nur kurz laden um nur die nächste Station zu erreichen. Bekanntes Beispiel der Öwe von T&T Tesla auf dem Weg nach von Hamburg nach Stuttgart. Zudem keine Zeitverschwendung wegen Halten. Stoppen und anstöpseln in null Sekonden so zu sagen. Am Ende der Ladevorgang auch wieder in Null Sekunden auf der Autobahn in optimaler Geschwindigkeit. Es ging erst mal darum theoretischen Bestwerten pro Auto zu errechnen.
Wenn jemand sich Gedanken macht ein Elektroauto zu kaufen und sich sorgen über Reichweite macht, dann schaue in der Tabelle. Man sieht, dass die Reisezeiten für 500 KM stark auseinander liegen. Ein Tesla Model 3 schafft das knapp unter 4 Stunden. Teilweise durch den großen Batterie aber insbesondere wegen der Ladegeschwindigkeit, die mit den SC Netz relativ realitätsnah ist. Nimmt man einen Leaf und unterstellt keine CSS Ladestationen auf der Strecke, dann braucht man über 9 Stunden für die 500 km. Würde es ausreichend CSS 50 KW Stationen geben, wäre man in gut 5 Stunden am Ziel. Der Große Batterie hilft nur am Anfang weit zu kommen aber danach geht es nur noch um Ladegeschwindigkeit.
Dabei ist das Ladenetz entscheidend. Tesla hat das von Anfang verstanden und ein sehr gutes Netz aufgebaut. Ionity steht gerade am Anfang. Wenn es dann in 2020 einigermaßen ausgebaut ist, dann könnte auch andere Hersteller in der Nähe von Teslas Fahrzeiten kommen. (Nachtrag: das CSS 50KW ist relativ gut ausgebaut, damit lässt sich auch mit CSS Anschluss zügig durch Deutschland kreuzen)
Auch interessant ist: man könnte mit einem Tesla zwar mit 190 KMH in 3,7 Stunden 500 Km weit fahren, jedoch ist die Durchschnittsgeschwindigkeit nur 120 KMH. Würde man nur 130 Kmh fahren, dann dauert es 4,3 Stunden.

Zu Quellen. CW-Werten sind aus dem Netz. Rollwiederstände geschätzt. Bei allen Autos ist 20% interner Verlust unterstellt, einerseits beim Laden und andererseits in Batterie und E-Motor. Wer bessere Werten hat, gerne melden.
Feedback wird gerne angenommen. Wenn jemand selber rechnen möchte, schicke mich eine Nachricht und ich schicke das Excel Sheet. Wenn jemand relevante und verlässliche Verbrauchswerten hat (d.h. konstante Fahrt auf der Autobahn) dann hier damit. Dann passe ich die Tabelle an wo nötig.

[PowerTower]

Jetzt hast du dir soviel Mühe mit den Tabellen gegeben, aber die Ergebnisse hauen vorn und hinten nicht hin. Ein Leaf, der mit 7,4 kW Typ2 in nur knapp über 9 Stunden 500 km fahren können soll? Never. Das schafft er ja selbst mit CHAdeMO nur mit ach und krach.

Beim e-up! hast du als MaxCharge 20 kW angegeben, aber entweder du gehst vom Typ2 Modell aus und machst daraus 3,7 kW, oder du gehst vom CCS Modell aus, dann sind es 40 kW. Beim e-Golf mit 7,4 kW ist MaxCharge 7,4 und nicht 20 kW. Der Ampera kann mit 55 kW laden, aber auch hier sei gesagt, in keinem Szenario schafft der 500 km in unter 5 Stunden. Und schon gar nicht bei 140 km/h, denn dann kannst du gleich mal zwei Ladepausen mit je 40 Minuten einplanen.

Die Werte sind nett gemeint, aber hier weichen Theorie und Praxis einfach extrem voneinander ab, so dass man da leider keine sinnvollen Schlüsse daraus ziehen kann.

[Langsam aber stetig]

Jetzt hast du dir soviel Mühe mit den Tabellen gegeben, aber die Ergebnisse hauen vorn und hinten nicht hin. Ein Leaf, der mit 7,4 kW Typ2 in nur knapp über 9 Stunden 500 km fahren können soll? Never. Das schafft er ja selbst mit CHAdeMO nur mit ach und krach.

Mit 71,4 km/h konstant ist ja die Vorhersage für die optimale Geschwindigkeit, was in der Realität so nicht durchführbar ist. Reichweite wäre dann laut Tabelle 356 km, was nicht komplett ausgeschlossen wäre bei einer solch langsamen Geschwindigkeit. In der Realität ist der Akku netto natürlich nicht 40 kWh, und die Ladegeschwindigkeit nicht 7,4 kW (es gibt ja noch Ladeverluste), was die Berechnung verfälscht. Aber als komplett daneben sehe ich es nicht. Ist eben eine sehr theoretische Berechnung.

[TY12]

Moin,
der e-up wiegt nicht 1600 kg, es fehlt der Ioniq!
Die Ladeverluste liegen im Durchschnit bei 13% (Feldstudie).
Beim Leaf, Golf müßte man den Abfall der Gleichstromladeleistung nach mehreren Ladevorgängen berücksichtigen.
Für den Golf und den Ioniq gibt es zudem schon genauere Berechungen im Forum.
Das mit der Faustformel habe ich noch nicht gehört, finde sie auch unsinnig, wie soll ich z.B. beim Golf auf 7,2 kw Momentanleistung kommen , da muss ich mit 50 -60 km/h schleichen.
Also, nette aber rudimentäre Fleißarbeit, deren Sinn sich mir aber noch nicht erschlossen hat
Gruß Rudi

[Helfried]

unsinnig, wie soll ich z.B. beim Golf auf 7,2 kw Momentanleistung kommen , da muss ich mit 50 -60 km/h schleichen.

Dein Golf braucht doch hoffentlich keine 14 kWh/100 km bei 50 km/h? Der müsste eigentlich mit 4 oder 5 kW locker auskommen.

[TY12]

unsinnig, wie soll ich z.B. beim Golf auf 7,2 kw Momentanleistung kommen , da muss ich mit 50 -60 km/h schleichen.

Dein Golf braucht doch hoffentlich keine 14 kWh/100 km bei 50 km/h? Der müsste eigentlich mit 4 oder 5 kW locker auskommen.

Hallo Helfried,
hast Recht, bei 50 - 60 km/h komme ich auf ca. 9 kWh mit dem Golf (Sommer), macht Deine Werte. Im Sommer sind 14 kWh so Tempo 100 mit ACC. Dann bräuchte ich aber für 1 h Fahrt 2 h AC-Ladezeit. Sicher nicht empfehlenswert. Nach wie vor kann ich denn Sinn der Faustformel nicht erkennen. Auf der langen Strecke macht nur DC-Ladung Sinn. (Nicht in der Betrachtung: Zoe und andere Spezialfälle) Egal wie schnell ich fahre!
Gruß Rudi

[Langsam aber stetig]

Ich hatte auch schon von einer Faustformel gelesen, aber da war noch ein Faktor 2. Also wenn die Ladeleistung auf die doppelte benötigte Leistung bei der Fahrt gesunken ist, soll man abstecken. Grund: Verbrauch steigt näherungsweise quadratisch mit der Geschwindigkeit. Dann ist das Optimum erreicht, wenn die Ableitung der Verbrauchsfunktion (in Abhängigkeit der Leistung) gleich der Ladeleistung ist. Da die Ableitung von x² 2x ist, hat man hier einen Faktor 2. Ganz genau ist das sicher nicht, und ich habe es mir auch nicht genauer überlegt, aber es scheint plausibel.

[badsoden]

Hi Leute,
danke für die viele Hinweise. Eure Anmerkungen sind valide. Ich werde die Tabelle natürlich überarbeiten wo ich bessere Werten habe.
Allgemein: es sieht hypothetische Werten unter optimale Bedingungen. Keine Zeitverluste fürs Anfahren eine Ladestation, Ladestationen optimal platziert etc. In der Praxis lässt sich diese dann nicht so erreichen. Ich könnte (werde) vielleicht einige Korrekturen im Model machen wo das sinnvoll ist. Mit optimaler Ladestationsplatzierung ist das schon etwas schwer. Weil die Unterschiede pro Streckte und Ladetyp sehr unterschiedlich sind. Vielleicht sollte jedenfalls die ca. 125-140 Km Distanz annehmen die zurzeit angestrebt wird bzw. Tesla schon weitgehend realisiert hat. Auch könnte ich bei den Batterien Rechnung tragen, dass sie 1: nie komplette lehr gefahren werden und 2: unterwegs nicht über 100% geladen werde, eher 80%. Aber hier auch aufgepasst, der ZOE z.B. hat schon 10-15% im Batterie versteckt, d.H. es gibt mehr Kapazität als angeben und deswegen wird nur bis ca. 85% geladen, auch wenn 100% auf dem Display steht. Der Tesla lädt standard bis 80%, es sei dann man stell ausnahmenweise 100% ein weil man eine weite Strecke fahren möchte. Für Infos pro Fahrzeug bin ich dankbar.
Einige konkrete Antworten:
- Leaf 7,4 KW in 9 Stunden 500 Km weit. Tja, es könnte gehen. Mit 100% Akku wegfahren, bei 0% anstöpseln und dann gerade so viel laden als für die restlichen 144 KM gebraucht wird. Das sind erst 5 Std fahren, dann 2,2 Std laden und nochmals 2 Std fahren und man ist am Ziel. Annahme wieder volle Ladegeschwindigket und überall laden. Bei 50KW laden ist die optimale Geschwindigkeit das doppelte aber muss man häufiger laden. Da sind wir gerade mit CSS oder CheDemo etwas weg von der Realität. Sehe es etwas mehr in der Zukunft projektiert vielleicht. Wenn du jetzt ein e-Car kaufst dann nehme an, dass es 0,5 bis 1 Mio Km fahren wird. Das sind 15 Jahren bestimmt, wenn nicht 20. Die Infrastruktur wird massiv ausgebaut und damit könnte ein eCar mit 50 KW CSS in der Zukunft sehr wohl wesentlich schneller am Ziel sein als einer mit 20 KW Typ2. Der eGolf mit 7,2 bzw. 40 KW-CSS ist heute wesentlich langsamer als ein ZOE auf dem 500 Km (ja, Fehler in der Tabelle korrigiert, danke), dass könnte aber in 3 Jahren umgekehrt sein. Ich würde mich jetzt kein eGolf kaufen wenn ich regelmäßig weiter weg fahren möchte. Das wäre ein Drama. In 3 Jahren könnte es man sich anders überlegen.
- Der Ampera hat einen großen Akku, deswegen schafft er es anfangs relativ weit auf die 500 Km Strecke. Hat er danach CSS Lademöglichkeiten geht es auch rasch weiter.
- Die Ladeverluste sind irgendwie eingerechnet. Ich habe insgesamt 20% Verluste angenommen, 10% beim Motor und 10% beim Laden. Die Ladeverluste sind etwas schwer zu pauschalisieren. Bei DC Laden (CSS, Chademo, Tesla-SC) sind die Verluste sehr gering. Ich hatte mal gelesen, dass AC Ladeverluste gerade bei Schukoladen bis zu 20% betragen können aber ab 10 KW 3 Phasenladen sollte es schon wesentlich geringer sein. Ich habe dafür aber weder harte Zahlen noch gute Erklärungen. Dass die Dioden zum gleichrichten 0,6 V verlieren (2 mal) ist mir klar, aber das wäre nur <1% von dem 220 bzw ca. 300 V. Wo bleibt der Rest? Nehme Hinweise gerne an.
Trotzdem, nehme die 13 plus 10% Motor = 23 % im Formell auf
- Golfwerte: bei 50 Kmh errechne ich 8 KW/100 km. Stimmt mit Helfried überein. Tatsächlich, der Golf ist für eine Strecke über der Reichweite Hinaus mit nur 7,4 Kw Ladenmöglichkeit total falsch konfektioniert. Da haben die bei VW das Geld für eine 3 Phasen Gleichrichter gespart und auf CSS gesetzt (muss man optional mit bestellen). Damit ist der eGolf ohne CSS zurzeit nur ein eCar für lokaler Verkehr. Ein Fehler von VW m.e., CSS sollte Standard sein. Wer die Werte nicht glaubt, dann rechne mir doch mal vor wie ich am schnellsten 500 Km weit weg fahre.
- Der Faustformel kommt van Uwe T&T Tesla. Sie stimmt annähernd aber ich habe einfach das Optimum ausgerechnet durch V-Werte zu variieren und dann das Optimum zu determinieren. Wenn man es sieht glaubt man es nicht, aber es stimmt schon relativ gut. Wenn man der das erste Differential/Ableitung vom Verbrauchsformell (mit darin V^2) gleich null stellt ergibt sich der gleiche Wert. In Exell nimmt man einfach den "Solver" und dann rollt der Wert auch raus.
- Ioniq: wenn ich Daten habe tue ich sie rein

Warum die 500 Km und nicht z.B. 800? Bin von einer typischen Strecke für entfernte Familien- oder Freundebesuch ausgegangen. Ich könnte auch noch einen 900 Km Strecke einfügen: ein Typischer Urlaubsstrecke bevor man übernachtet und wieder voll aufladen könnte. Verbrennerfahrer sorgen sich insbesondere um die elektrische Wintersportfahrt und dann würde die 900 Km passen. Dann wird Ladegeschwindigkeit wichtiger und der Batteriegröße ab einer bestimmten Größe (bis ca. 200 Km) weniger wichtig.
Wie gesagt, ich nehme alle Anmerkungen mit, passe die Tabelle an und warte auf weitere Kommentare. Anderen Fahrzeugen kommen noch.
Ich werde das Sheet mal in Office365 zur Verfügung stellen. Dann kann jeder sein Auto selber mal durchrechnen und mit echte Verbrauchswerten vergleichen.

[kassiopeia]

Ich verstehe nicht wie du zu dem Schluss kommst CCS werde evtl. in drei Jahren relevant.
Die DC-Ladestationsdichte ist seit mindestens einem Jahr hoch genug um in halb Europa mit ausreichend alternativen Langstrecke fahren zu können, ich fahre schon seit 1,5 Jahren regelmäßig Strecken von 700 km einfach mit meinem Ioniq.

Apropos: welche Werte benötigst du um diesen in die Tabelle aufnehmen zu können?

Model S, Zoe, Ampera-e, e-up sind zu schwer
i3 zu leicht

Reifen cr eher zwischen 0,011 und 0,013
Regen oder Fahrbahn wird bei mir mit Zuschlägen beim cr-Wert angenommen:
Nass => +0,001
Richtig Nass => +0,002
Stehendes Wasser => +0,003 oder +0,004
Gefahr Aquaplaning => +0,005


Fahrbahn feiner Asphalt => + 0,000
Fahrbahn grober Asphalt => + 0,001
Fahrbahn Beton => + 0,001 oder +0,002


Wirkungsgrade:
Ioniq, e-Golf, i3, Kona, e-Niro, Soul => 0,9
Leaf, Model 3 => 0,85
Model S, ZOE => 0,80
i-Pace => 0,75

Mit diesen Wirkungsgraden kann ich den NEFZ oder WLTP Zyklus recht gut treffen.
Beim Ausrolltest haben die immer die guten Reifen drauf => cr=0,011 oder 0,012 (Reifenlabel A für Rollwiderstand).

Dauerverbraucher (Steuergeräte, Licht, Radio,...) sind dabei? Sind immerhin 200-400W.

Bei Kälte muss der Innenraum auch aufgeheizt werden. Das kostet einmalig ca. 1,0-1,5kWh pro 20°C.
Dauernde Heizung braucht ca. 1kW pro 20°C Temperaturdifferenz Außen zu Innen (ohne Wärmepumpe).

Ladeverluste sind je nach Ladeart (AC oder DC) und Stromstärke 8-200A deutlich verschieden => möglicher Bereich 5-25%.
Kommt darauf an, wo man misst. Die DC-Schnelllader zeigen eher die reale Menge an, die im Akku angekommen ist. Verluste im Trafokasten werden nicht direkt ausgewiesen.


Nutzbare Kapa Akkus:
i3 => eher 29,5kWh
Leaf40 => eher 37-38kWh
Zoe40 => eher 40kWh
e-Golf => eher 31,5kWh
e-up => eher 16kWh
Ioniq28 => 28kWh
e-Niro/Kona => 39 oder 64kWh


Höhenlage wird berücksichtigt?
800 Höhenmeter sind 10% weniger Luftdichte.
20°C weniger Außentemperatur sind 10% mehr Luftdichte.


Wo sind die richtigen cW*A-Werte?
div. Stirnflächen sind zu groß (Tesla) oder zu niedrig (Zoe).
Hier sind meine => post866961.html#p866961

Zeiten zum An- und Abfahren an die Ladestation und Rüstzeiten (Stecker rein und raus, Ladesäule freischalten) berücksichtigt?
5-10min sind da bei Langstrecken schon zu berücksichtigen.

Und die DC-Ladeleistungen sind nicht konstant. In Normalfall werden die max. Ladeleistungen nur in einem kleinen Bereich verfügbar sein. Nur bei Tesla sind die Ladeleistungen rel. nah am max. Wert.

Schau mal bei Fastned.nl nach... die veröffentlichen Ladeleistungen von div. E-Autos an 50kW und 175kW Schnellladern.
post851092.html#p851092

Ach ja, beim Rekuperieren werden selten mehr als 60% der Bewegungsenergie in den Akku zurückgespeichert. Ist irgendwo im Forum mal dargelegt worden.

Viel Spaß noch bei der Fleißarbeit und der Recherche... findet man alles im GE-Forum

User "umrath" hat auch schon eine nette Tabelle erstellt.
Von mir gibt es hier und da auch passende Beiträge zu diesem Verbrauchsthema... speziell im Kona electric und e-Niro Unterforum.