Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon Maverick » Di 13. Feb 2018, 15:00

Hallo liebe Elektronengemeinde! ;)

Ich habe während meinen ersten 2 Monaten mit meinem neuen i3 (LCI) mit Range Extender ein paar "Messwerte" aufgenommen und daraus einige Statistiken und Berechnungen erstellt, die vielleicht auch den ein oder anderen hier im Forum interessieren. Aber der Reihe nach:

A) Autobahnverbrauch

Zunächst habe ich auf meiner täglichen Pendlerstrecke zur Arbeit und zurück meine üblichen Verbräuche bei Autobahnfahrt mit Tempomat aufgenommen (laut Bordcomputer!).
Meine Pendlerstrecke erstreckt sich grob von Gießen nach Frankfurt (Offenbach) und zurück. Auf dem Hinweg geht es tendentiell leicht bergab, und auf dem Rückweg dementsprechend wieder leicht aufwärts. Die Entfernung beträgt 66km einfache Richtung, also 132 km insgesamt. Da ich immer morgens um kurz nach 4 Uhr losfahre, kann ich auch schön konstant die Geschwindigkeit halten und dementsprechend relativ genau den Verbrauch bei meiner Topographie aufnehmen.
Über die tatsächlich gemessen Verbrauchswerte habe ich Graphen einer Exponentialfunktion gelegt der zeigt, dass der Verbrauch mit etwa der 3.Potenz zur Geschwindigkeit steigt.

Die Expontialgleichung: f(x)=((k*c)^(x-a))+b
mit
k = Konstante (0,017)
c = Geschwindigkeit (wird eingesetzt, um den Verlauf der Verbräuche über die Geschwindigkeit aufzuzeigen)
x = Potenz (3,2)
a = x-Achsenverschiebung (0)
b = y-Achsenverschiebung (11 im Winter, 8,5 im Sommer)
Trägt man die Geschwindigkeit in km/h ein, so bekommt man den Verbrauch in kWh/100km als Funktionswert angezeigt bzw. im Diagramm dargestellt.

Es ergibt sich also folgende Verbrauchskurve bei (konstanter) Autobahngeschwindigkeit (mit Tempomaten):
Autobahnverbrauch.jpg
Autobahnverbrauch


Die blaue Linie zeigt den Winterverbrauch, der wirklich aktuell gemessen wurde und die rote Kurve zeigt den „abgeschätzten“ Sommerverbrauch, den ich hier nur angenommen habe und noch nicht wirklich gemessen habe. Habe mich an meinen Verbrauchswerten während meiner ersten Probefahrten mit dem i3 im Juni orientiert. Die Sommerverbräuche werde ich dann im Laufe der Zeit anpassen.

B) Ladeverläufe bei unterschiedlicher Ladeleistung
Des Weiteren habe ich ein paar Ladeverläufe bei unterschiedlicher Ladeleistung aufgenommen:

Ladeverläufe CCS 50kW
Ladeverläufe CCS 50kW.jpg
Ladeverläufe CCS 50kW


Ladeverläufe CCS 30kW
https://www.dropbox.com/s/jh82h8iumz0zt ... W.jpg?dl=0

Ladeverläufe CCS 20kW
https://www.dropbox.com/s/y5frrfwr64gmw ... W.jpg?dl=0

Ladeverläufe Typ2 11kW
https://www.dropbox.com/s/c9clwqgj1x7ba ... W.jpg?dl=0

Ladeverläufe Schuko 2,3kW
https://www.dropbox.com/s/vplhy9juzdu0f ... W.jpg?dl=0

Aus diesen Zusammenhängen und der „Messung“ des aktuellen SoH (Status of Health) meines noch neuen Akkus (liegt aktuell zwischen 29,5 und 30,5 kWh) können sehr interessante Berechnungen durchgeführt und Zusammenhänge erschlossen werden:

C) optimale Reisegeschwindigkeit und Reichweite
Unter folgenden Annahmen wurden weitere Berechnungen durchgeführt:
https://www.dropbox.com/s/3hnh4i7k6fo6fsp/optimale%20Reisegeschwindigkeit%20und%20Reichweite_01.jpg?dl=0

nutzbare Reisekapazität:
Meine aktuellen SoH habe ich mit 29,5kWh (netto) angenommen. Das heißt, 100% Akkustand entsprechen 29,5 kWh Kapazität. Da die Ladekurve ab 95% bei CCS abnimmt, lade ich auf Langstrecke max. bis dahin, was somit einer „max. Reisekapazität“ (0%-95%) von 28,03 kWh entspricht. Da ich weiterhin einen REX fahre, möchte ich natürlich auf Langstrecke nicht, dass der REX ungewollt anspringt. Daher habe ich einen „Mindest-Akkustand“ von 7% als „Reservekapazität (REX)“ angenommen. Sprich von 95% bis 7% sind es 88% bzw. 25,96 kWh „nutzbare Reisekapazität.
Weiterhin habe ich für CCS-Ladung eine max. Ladeleistung 46kW, für Typ 2 10kW und Schuko 2,3kW angenommen.

Optimale Reisegeschwindigkeit
Mit diesen Daten kann man nun sozusagen eine theoretische unendlich-lange Fahrt über einen Zyklus berechnen. Ein Zyklus bedeutet hier quasi einmal Akku leer fahren (wie oben beschrieben) und dann die dafür benötigte Energie (25,96kWh) nachladen.

Resultierende Reichweite
Zudem kann man über die Autobahnverbräuche die daraus resultierenden Reichweiten ausrechnen. Daraus ergeben sich folgende Tabellen für Reichweiten, Zyklendauer (CCS, Typ 2, Schuko) in Abhängigkeit der Autobahngeschwindigkeit (Tempomat). Und als weentliche Informationen ergibt sich damit die optimale Reisegeschwindigkeit in Abhängigkeit der Ladeleistung (bzw. Ladeart).

In Tabellenform ergibt sich dann:
https://www.dropbox.com/s/3b10pi2x3dj9a81/optimale%20Reisegeschwindigkeit%20und%20Reichweite_02.jpg?dl=0

Und als Diagramm:
optimale Reisegeschwindigkeit und Reichweite_03.jpg
optimale Reisegeschwindigkeit und Reichweite

https://www.dropbox.com/s/5cwkl6jrcgnjc5z/optimale%20Reisegeschwindigkeit%20und%20Reichweite_03.jpg?dl=0

Blaue Linien beziehen sich wieder auf Winterwerte und die roten Linien auf Sommerwerte.
Bei meinen Annahmen (die Ergebnisse stehen und fallen mit den Verbrauchsannahmen) ergibt sich eine optimale Reisegeschwindigkeit auf Langstrecke (Tempomat) von 120-125 km/h bei CCS. Im Winter ergibt sich somit eine resultierende Durchschnittsgeschwindigkeit (pro Zyklus) von 78km/h und im Sommer von 81,5 km/h. Da die Kurve im Bereich der optimalen Reisegeschwindigkeit waagerecht verläuft, machen allerdings leichte Abweichung von 5-10 km/h keine großen Unterschied in der Durchschnittsgeschwindigkeit inkl. Laden aus… man kann daher sagen:
Fährt man schneller, so verkürzt man die Fahrzeit und verlängert die Ladezeit (ohne die Reisegeschwindigkeit insgesamt groß zu verändern).
Fährt man langsamer, so verlängert man die Fahrzeit und verkürzt die Ladezeit (ohne die Reisegeschwindigkeit insgesamt groß zu verändern).
Zudem habe ich in das gleiche Diagramm die daraus resultierende Reichweite gepackt, die an der Sekundärachse (rechte Achse) abzulesen ist. Somit kann man mit Hilfe dieses zusammen fassenden Diagramms seine optimale Reisegeschwindigkeit in Abhängigkeit von Ladeleistung und die zu fahrende Distanz zwischen den Ladesäulen grob ermitteln.
Ich übernehme allerdings keine Haftung für Liegenbleiben (der nicht REX-Fahrer ;) ), aber bei mir kommt es ganz gut hin bei den Winterverbrauchsangaben und meiner üblichen Fahrstrecke.

Vielleicht hilft diese Betrachtung dem Einen oder Anderen...
Wünsche Euch allzeit genug Elektronen im Akku! ;)
Maverick

P.S.: Kann mir jemand helfen und sagen, wie ich die Diagramme und so weiter (Bilder) hier direkt einbinde und nicht als Link?
Zuletzt geändert von Maverick am Di 13. Feb 2018, 19:03, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon dedetto » Di 13. Feb 2018, 17:07

Hallo.
Sehr interessant...
Ich lese hier gerne mit.

JPG Bilder kannst du im vollständigen Editor hochladen.
hochladen.JPG
Neben Optionen ...


ggfs. noch in Text einfügen drücken und den Text platzieren.
Viele Grüße aus Bayern
.dedetto

BMW i3 REX ab 2018
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Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon Maverick » Di 13. Feb 2018, 19:07

Danke für den Tip!
Da ich nur 3 Bilder in einem Beitrag einfügen kann, hier die restlichen Bilder:

Ladeverläufe CCS 30kW:
Ladeverläufe CCS 30kW.jpg
Ladeverläufe CCS 30kW


Ladeverläufe CCS 20kW:
Ladeverläufe CCS 20kW.jpg
Ladeverläufe CCS 20kW


Ladeverläufe Typ 2 11kW:
Ladeverläufe Typ2 11kW.jpg
Ladeverläufe Typ 2 11kW
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Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon Maverick » Di 13. Feb 2018, 19:08

und die letzte Ladeart:

Ladeverläufe Schuko 2,3kW:
Ladeverläufe Schuko 2,3kW.jpg
Ladeverläufe Schuko 2,3kW
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Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon Maverick » Di 13. Feb 2018, 19:11

und jetzt im zusammenhängend nochmal die Bilder zur optimalen Reisegeschwindigkeit und Reichweite:

Annahmen:
optimale Reisegeschwindigkeit und Reichweite_01.jpg
Annahmen


Tabelle:
optimale Reisegeschwindigkeit und Reichweite_02.jpg
Tabelle zur optimalen Reisegeschwindigkeit und Reichweite


Diagramm:
optimale Reisegeschwindigkeit und Reichweite_03.jpg
Diagramm zur optimalen Reisegeschwindigkeit und Reichweite
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Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon novalek » Di 13. Feb 2018, 21:28

Die Meßdaten zur Ladung entsprechen denen im "Electric Vehicles and the BMW i3", Seite 89.
Abklärenswert bzgl. Ladung wäre allerdings ein wesentlicher Parameter, die Akku-Temperatur, inbesondere im Winter.
Ladebeginn mit frostkaltem Akku oder temperaturmäßig vorkonditioniert?
novalek
 

Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon Maverick » Mi 14. Feb 2018, 10:13

novalek hat geschrieben:
Die Meßdaten zur Ladung entsprechen denen im "Electric Vehicles and the BMW i3", Seite 89.
Abklärenswert bzgl. Ladung wäre allerdings ein wesentlicher Parameter, die Akku-Temperatur, inbesondere im Winter.
Ladebeginn mit frostkaltem Akku oder temperaturmäßig vorkonditioniert?


Darfst du hiervon einen Ausschnitt (S.89) zeigen? Würde mich Interessieren... ;-)
Zu den Ladungen habe ich immer aufgeschrieben, wie die Außentemperatur war (meistens etwas über dem Gefrierpunkt... so 1-6°C) und wieviele km ich vorher bei "normaler" Fahrweise gefahren habe.

Grundsätzlich kann man sagen, wenn ich zur aktuellen Jahreszeit (Winter) morgens direkt an die Ladesäule gefahren bin, waren die CCS-Ladeleistung meistens deutlich unter 30kW... eher so 25 kW, bei warmen Akku (am Ende der Fahrt nach etwa 50-60 km) betrugen diese bis zu 46 kW. Speziell "vorkonditioniert" habe ich den Akku also nicht.
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Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon novalek » Mi 14. Feb 2018, 11:11

Maverick hat geschrieben:
Darfst du hiervon einen Ausschnitt (S.89) zeigen?

Zunächst danke für die plausiblen Erläuterungen. Wie schon richtig bemerkt, ist nicht die Außentemperatur maßgeblich, sondern die Akku-Temperatur beim Beginn der Ladung. Unkonditioniert beginnt es langsam, bei tiefem Frost nicht nebenwirkungsfrei. Während der Ladung ist dann die Außentemperatur nicht so sehr ausschlaggebend.
Wenn z.B., wie beim IONIQ ein DC75 in den -10°C kalten Akku hineingeblasen wird, kommen einem schon gewaltige Bedenken.
Ausschnitt ... Copyright kostet halt tausende und das Inkassobüro klopft sich auf die Schenkel. Ich finde das Buch einfach perfekt (weil Allgemeine Problembeschreibung, Blick auf andere BEV-Lösungen und dann I3-60 & -94), zumal ein Fachmann dran war; 9,99€.
novalek
 

Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon Maverick » Mi 14. Feb 2018, 13:15

novalek hat geschrieben:
Ausschnitt ... Copyright kostet halt tausende und das Inkassobüro klopft sich auf die Schenkel. Ich finde das Buch einfach perfekt (weil Allgemeine Problembeschreibung, Blick auf andere BEV-Lösungen und dann I3-60 & -94), zumal ein Fachmann dran war; 9,99€.


Danke für die Buchempfehlung! Werde mal danach schauen als interessierter i3-Fahrer - und teuer scheint ja auch nicht zu sein... ;)
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Re: Statistiken und Berechnungen zum i3 94Ah REX (EZ12/2017)

Beitragvon Maverick » Mi 14. Feb 2018, 13:26

novalek hat geschrieben:
Wie schon richtig bemerkt, ist nicht die Außentemperatur maßgeblich, sondern die Akku-Temperatur beim Beginn der Ladung. Unkonditioniert beginnt es langsam, bei tiefem Frost nicht nebenwirkungsfrei. Während der Ladung ist dann die Außentemperatur nicht so sehr ausschlaggebend.


Klar ist die Akku-Temperatur ausschlaggebend, aber in der Praxis finde ich es zu umständlich jedes mal das "Geheimmenü" aufzumachen um diesen Wert abzulesen. Und bei langer Standzeit (laden im kalten Zustand) wird sich die Akkutemperatur nur unwesentlich von der Außentemperatur unterscheiden, denke ich...
Versuche übrigens natürlich einen möglichst warmen Akku zu laden und nicht im kalten Zustand (nur wenn es sich nicht vermeiden lässt)
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