Laden und Ladeverluste

[chrispeter_pdm]

Wer sagt Euch eigentlich, dass die Angaben des BCs überhaupt stimmen?!?!

[DeJay58]

Wir können ja Gott sei Dank rechnen

[fdl1409]

So, ich hab mal eine Ladung genauer beobachtet.

Mein ConnectedDrive ist immer noch nicht frei geschaltet und ich habe keine App. Macht aber nichts, habe gestern entdeckt, daß man den SOC ja auch am Bordcomputer ablesen kann, und zwar auf der REx-Seite.

Den Verbrauch / Entnahme aus der Batterie kann ich berechnen, indem ich die gefahrene Strecke mit dem Durchschnittsverbrauch multipliziere. Das waren bei der letzten Ladung 160,1km und 10,0 kWh/100km. Daraus ergibt sich ein Verbrauch von 16,01 kWh.
Der SOC war noch 16%, daraus läßt sich errechnen, daß der Gesamtinhalt der Batterie bei 19,06 kWh lag. Die Werte lagen bisher bei dieser Berechnungsweise immer zwischen 18,8 und knapp über 19 kWh.

Ich traue diesen Zahlen mehr als den Routes-Werten, die anscheinend alle um etwa 5% höher liegen. Hier ergeben sich Akkukapazitäten bis fast 20 kWh. Glaube ich nicht, denn nutzbare Kapazität ist eines der stärksten Verkaufsargumente, und warum sollte BMW seinen Akku schlechter machen als er ist.
Mit den Routes-Daten ergeben sich naturgemäß etwa 5% niedrigere Ladeverluste als mit den BC-Daten.

Habe einen digitalen Zwischenzähler, der sehr genau sein sollte, im Sicherungskasten.
Lade bisher immer mit Ziegelstein und den maximal möglichen 12A, real 11,2A und 2,6 kW.
Bisher lagen die Ladeverluste immer im Bereich 17%, wenn der Akku weitgehend leer war, und deutlich höher, bis fast 21%, wenn ich schon nach 40-50km geladen habe. Es liegt also nahe, daß am Ende der Ladung höhere Verluste auftreten.

Das habe ich nun genauer gemessen.
- SOC 16-85% : 15,7%
- SOC 16-94%: 15,5%
- SOC 16-98%: 15,5%
Das sind alles Werte aus dem gleichen Ladevorgang.
Bei 98% begann die Leistungsaufnahme zu fallen, von 2,6kW auf 2,2kw....
- SOC 16-100%: 17,5%
- SOC 98-100%: 57,6%

Es treten also sehr hohe Verluste ganz am Ende bei sinkender Ladeleistung auf. Hier kamen nur 2% SOC entsprechend 0,38 kWh von 0,9 geladenen kWh an. Bei der geringen Bandbreite sind noch einige Rundungsverluste zu berücksichtigen, es steht aber auf jeden Fall fest, daß am Ende der Ladung mehrfach höhere Verluste auftreten als bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Leistung zu sinken beginnt. Bei höheren Ladeleistungen wird dieser Punkt etwas früher erreicht werden, bei mir erst bei 98% SOC, viel später als ich gedacht hätte.

Die Verluste werden durch die letzten 2% SOC um immerhin 2% erhöht bei einer Ladung ab 16% SOC. Wenn jemand regelmäßig abends lädt nach einer Fahrt von z.B. nur 40km sind die Verluste natürlich mehrfach höher.

Denke im Sinne der Effizienz ist es optimal, wenn man nicht jedes mal voll lädt. Ist auch nicht notwendig, schließlich kann man auf einer langen Fahrt auch einige Zwischenladungen mit Schnelllader auf 80% machen. Es würde sicher reichen, wenn man alle 2 Wochen mal auf 100% geht zwecks Balancing, so wie es bei den Drillingen empfohlen wird. Auch bei denen klingt dieser Punkt nicht sehr dringlich, mehr als eine Empfehlung.
Es wäre sehr schön, wenn man einen Zielwert für SOC eingeben könnte, um das zu automatisieren. Die Elektronik kann ja vorsehen, daß z.B. alle 100 kWh einmal bis 100% durchgeladen wird. Das würde den Jahresverbrauch bei einer mittleren Ladebreite von 40-100% SOC um etwa 2% vermindern. Das ist immerhin ein Wochenverbrauch.

17% Ladeverlust ist eine ganze Menge, denke da ist noch technisch Luft nach oben. Dazu kommen ja noch einmal die Entladeverluste während der Fahrt, die hier nicht enthalten sein können. Die Batterieverluste werden dann weitaus höher sein als bei langsamer Ladung, zu den Verlusten der Steuerung können wir nichts sagen.

Wir brauchen noch Messungen bei verschiedenen Leistungen. Kann selbst noch bei 6A messen, aber nicht über 12A.

Grüße
Frank

[me68]

Dazu kommen ja noch einmal die Entladeverluste während der Fahrt, die hier nicht enthalten sein können.

Hallo Frank!

Von meinem Verständnis sind die Entladeverluste enthalten. Der Bordcomputer misst vermutlich Spannung und Strom direkt an der Antriebsbatterie - zumindest ist bei den Drillingen mit der caniOn App so, da hier auch die Nebenverbräuche bei Stillstand zu sehen sind. Der Bordcomputer ermittelt dann die verbrauchte und regenerierte Energiemenge als absoluten Wert und als relativen pro 100km.

Wenn man sich nun den Stromfluss vorstellt, so fliesst beim Wechselstromladen Strom über das Ladegerät (Wirkungsgrad Ladegerät) in die Antriebsbatterie (Lade-Wirkungsgrad Antriebsbatterie). Bei der Entnahme fliesst der Strom aus der Antriebsbatterie (Entlade-Wirkungsgrad Antriebsbatterie) über den Inverter (Wirkungsgrad Inverter) zum Motor (Wirkungsgrad Motor).

Wenn Du die geladene Energiemenge vom Stromzähler der verbrauchten Energiemenge laut Bordcomputer gegenüberstellst, ist daher m.M. der Entlade-Wirkungsgrad dabei. Eventuell auch der Wirkungsgrad des Inverters - kommt darauf an, wo der Bordcomputer die Daten abgreift.


Martin

[fdl1409]

Hallo Martin,

ja, das ist die große Frage. An welcher Stelle wird der Verbrauch gemessen, den der BC angibt? Strom und Spannung ab Batterie kann man unbearbeitet nicht verwenden, die die Spannung kann bei Kälte oder hoher Last ganz erheblich einbrechen. Zusätzlich zu den Messungen muß also auch gerechnet werden. Nehme an es gibt Tabellen/Kennlinien, aus denen der BC aus dem Netto-Stromfluß nach Batterie den Bruttoverbrauch berechnen kann.

Das, was ich an Ladeverlusten gemessen habe, ist die Differenz von aufgefülltem Batterieinhalt und Entnahme aus dem Stromnetz.
Nein, die Entladeverluste sind darin nicht enthalten. Die werden vom BC in den Verbrauch eingerechnet, d.h. der Verbrauch ist brutto vor Batterieverlusten und Inverter.
80% SOC in der Batterie sind z.B. 15 kWh. Ich muß 18 kWh laden, um diese 15kWh nach Kabelverlust, Ladegerät und Batterieverluste netto wieder einzuspeichern.
Von den 15 kWh kommen nach Batterieverlust und Inverter nur z.B. 12 kWh am Motor an. Berechnet werden aber die 15 kWh, und die finden sich in der Verbrauchsangabe.

Oder? Bei den Entladeverlusten muß es viel größere Schwankungen geben als bei der Ladung. Dazu kommt noch die Reku, die ebenfalls in den Verbrauch eingerechnet wird. Kann es nicht beweisen, denke aber, daß es so ist - Ladeverluste finden sich am Stromzähler, Entladeverluste an der Verbrauchsangabe. Anders kann es eigentlich nicht sein.

Grüße
Frank

[me68]

Hallo Frank!

Ein bisschen rechnen muss der Bordcomputer schon - das ist klar.

P = U * I ... Leistung = Spannung mal Strom

W = P * t ... Energie bzw. Arbeit = Leistung mal Zeit

... ist aber kein Hexenwerk für den Bordcomputer.

Die Bestimmung der Energiemenge und des Ladestands in einem Akku ist schwierig und eher eine Annäherung als eine exakte Messung. Ich bin daher skeptisch aus einem SOC-Wert in % auf eine exakte gespeicherte Energiemenge im Akku zu schließen. Ungefähr stimmt es sicher, aber als Berechnungsgrundlage für Ladewirkungsgradberechnungen halte ich es für ungeeignet.

M.M. kann man nur den Gesamtwirkungsgrad eines Akkus - sprich Lade- und Entladewirkungsgrad gemeinsam bestimmen, indem man den Akku - ausgehend von 100% - soweit wie möglich entlädt und dabei die entnommene Energiemenge (Wh out) misst. Dann lädt man den Akku wieder auf 100% und misst die geladene Energiemenge (Wh in). Wenn man nun Wh out / Wh in dividiert, bekommt man den Gesamtwirkungsgrad. Wie sich dieser auf Lade- und Entladewirkungsgrad aufteilt, ist wohl ein Geheimnis der Zellchemie.

Woher weisst Du, dass der Bordcomputer einen Bruttoverbrauch ausrechnet und wie soll er das anstellen? Das kann ja auch nur eine Annäherung sein, da die Entladeverluste nicht messbar sind. M.M. zeigt der Bordcomputer entweder den Verbrauch ab Batterie oder den Verbrauch des Motors - das kann man als Stromstärke in der Leitung messen. Ich denke es ist ein Nettoverbrauch ab Batterie.

Martin

[fdl1409]

Den Bruttoverbrauch muß der BC berechnen - Strom und Spannung am Akku und Korrekturfaktor für Leistung und Temperatur. Am besten vor dem Inverter, dann kann ich dessen Wirkungsgrad ignorieren. Das kann nicht anders sein. Angenommen ich habe 180km gefahren, 8km Rest und einen angezeigten Verbrauch von 10,0 kWh/100km. Das sind das genau die 18,8 kWh, die der Akku enthält. Woher sollen jetzt zusätzlich noch die Verluste von Inverter und Akku kommen, die jeweils mehrere Prozent ausmachen? Die ausgangsseitigen Verluste müssen also zwangsläufig in dem angegebenen Verbrauch enthalten sein, und nicht in der Differenz Akkuinhalt und Zählerstrom.

Grüße
Frank

[me68]

Das sind das genau die 18,8 kWh, die der Akku enthält. Woher sollen jetzt zusätzlich noch die Verluste von Inverter und Akku kommen, die jeweils mehrere Prozent ausmachen? Die ausgangsseitigen Verluste müssen also zwangsläufig in dem angegebenen Verbrauch enthalten sein, und nicht in der Differenz Akkuinhalt und Zählerstrom.

Grüße
Frank

Hallo Frank!

Bleiben wir bei den 18,8kWh. Annahme: Der Bordcomputer hat das ermittelt anhand des Stromflusses und der anliegenden Spannung direkt an der Antriebsbatterie. Das würde ich auch als Nettokapazität der Antriebsbatterie sehen. Du brauchst dann ca. 23kWh, um die Antriebsbatterie wieder vollständig aufzuladen. Die Differenz sind die landläufig bezeichneten Ladeverluste. Wenn man aber genauer hinsieht, sind es zumindest drei Verlustquellen: nämlich Verlustleistung der Batterie beim Entladen, Verlustleistung des Ladegeräts beim Laden und Verlustleistung der Batterie beim Laden. Ein Teil der zugeführten elektrischen Energie von 23kWh geht also verloren, vielleicht landen 21kWh als "chemische Ladung" in der Batterie - und von den 21kWh "brutto" kann ich dann 18,8 kWh als elektrischen Strom wieder entnehmen. Diese chemische Energieladung ist nicht wirklich greifbar, ist aber auch m.M. nicht nötig und bleibe auf der elektrischen Ebene.

Beim C-Zero habe ich das zuletzt in diesem Thread http://www.goingelectric.de/forum/c-zer ... t5090.html beschrieben. Da stehen 15.000Wh entnommener Energie 17.700Wh zugeführter Energie gegenüber.


Martin

[Knobi]

Ich traue diesen Zahlen mehr als den Routes-Werten, die anscheinend alle um etwa 5% höher liegen. Hier ergeben sich Akkukapazitäten bis fast 20 kWh. Glaube ich nicht, denn nutzbare Kapazität ist eines der stärksten Verkaufsargumente, und warum sollte BMW seinen Akku schlechter machen als er ist.

Weil dann die 70% Akkukapazität im Garantiefall später eintreten, die Reichweite aber höher ist (worauf die Meisten doch schauen). Nurmal so in den Raum gestellt.

[NotReallyMe]

Nachdem unser I3 nun tatsächlich mehr als zwei Wochen früher als im Vertrag zugesagt bei uns eintreffen wird habe ich gestern auch ein Paket von BMW mit Notebook und dem Automobilwoche Spezial Sonderheft erhalten. In diesem Sonderheft finden sich allerlei Informationen rund um den I3, wobei ich die Anzeigen der Zulieferer besonders interessant fand. Darunter war auch eine Anzeige der Firma "Linear Technology", von der vermutlich ein Teil der Ladeelektronik im I3 stammt. In der Anzeige wird unter anderem ein bidirektionaler Mehrzellenbatterie-Balancer (LTC 3300-1) beschrieben. In den technischen Details steht "Bis zu 92% Ladungsübertragungseffizienz" und "Bidirektionales Synchron-Flyback-Balancing von bis zu sechs in Serie geschalteten Li-On oder LiFePO4-Zellen". Die sechs Zellen pro Chip passen ja recht gut zu den 12 Zellen pro Modul (also jeweils zwei Chips pro Modul). Weniger als 8% Ladeverlust sind damit also in der Praxis unmöglich, selbst wenn man alle anderen Verlustquellen und das "Bis zu..." einmal außen vor lässt.

Objoke: In dem Heft ist auch eine Anzeige von "Total" mit dem Titel "Wenn Sonne und Wind unsere Autos antreiben...". Es wird darin beschrieben, daß Total die erste "CO2-neutrale Tankstelle der Welt" baut, bei der "Wind und Sonnenenergie Strom und Wasserstoff für Elektrofahrzeuge der Zukunft liefern." Standort dieser Tankstelle: Der "künftige Berliner Flughafen" .