Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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    Klebaer
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folder Di 16. Mai 2017, 09:14

Ähnliche Diskusion über Gewicht und Verbrauch hatte ich in Bad Neustadt bei der Ausstellung der Post-Fahrzeuge.

Dort war der kleine und große Streetscooter ausgestellt.
Laut Datenblatt und Schilderung des Personals...
...kommt der Kleine mit einer 24kwh Batterie und 710 kg Zuladung 80km weit.
...kommt der Große mit einer 30kwh Batterie und 1000kg Zuladung 80km weit.

Für mich überhaupt nicht nachvollziehbar.
Mein Agument, dass man zwar mehr Energie zum Beschleunigen braucht, aber man auch mehr Energie zurück erhält, wurde mit dem Hinweis auf viele Start-Stopps beantwortet.
Bevor ich erklären konnte, dass Start-Stopps daran nichts ändert, war der Post-Vertreter schon wieder weg.
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Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:16

Helfried hat geschrieben:So ganz schlau bin ich bezüglich der Gewichtsproblematik noch nicht geworden...
Die Energie/Arbeit, die zur Bewegung eines (E-) Autos aufgewendet werden muss, setzt sich in erster Näherung aus vier Thermen zusammen:
  • Überwindung des Rollwiderstandes. Abhängig von der FAHRZEUGMASSE (Gewicht), Geschwindigkeit, Erdbeschleunigung und Rollwiderstandsbeiwert. Dieser Wert ist bei niedrigen Geschwindigkeiten (etwa unter 50 km/h) relevant und wird im Verhältnis zu anderen Widerständen zu höheren Geschwindigkeiten unbedeutender.
  • Überwindung des Windwiderstandes. Abhängig vom QUADRAT der Geschwindigkeit (bezogen auf die Arbeit), Luftwiderstandsbeiwert cW, Querschnittsfläche und der halben Luftdichte. Dieser Teil beginnt ab etwa 30 km/h dominant zu werden.
  • Unvermeidliche Nebenaggregate. Batterie- und Motor-Controller, Steuergeräte, Displays. Liegen bei ca. 0,3 kW
  • Vermeidliche Nebenaggregate. Allen voran Heizung und Klima, je nach Technik und Außentemperatur 2 kW und mehr.
Einen weiteren signifikanten Einfluss hat der Wirkungsgrad der E-Maschine, in erster Näherung hat man das bei den ersten beiden Thermen mit etwa 0,9 zu berücksichtigen.
Bei höheren Geschwindigkeiten kommen ggf. noch weitere Effekte der E-Maschine zum Tragen, die wir jetzt mal nicht berücksichtigen, weil wir sowieso nicht schneller als 100 fahren ;) .

Diese aufzuwendenden Energien sind jeweils "verloren" sie verschwinden unwiederbringlich in der Umwelt als Wärme.

Anders sind die potentielle Energie (Lage im Raum) und die kinetische Energie (Bewegung der Masse) anzusehen.

Damit ein Auto einen Berg "erklimmen", also an Höhe im Raum gewinnen kann, muss man zwar Energie aufwenden, die maßgeblich von der Fahrzeugmasse abhängt. ABER man bekommt sie wieder zurück, wenn man wieder herunter fährt. In erster Näherung ist das soviel, wie man zuvor aufgewendet hatte, deshalb kann man mit einen E-Auto (fast) so über einen Berg fahren, als wenn man durch einen Tunnel gefahren wäre (wenn man z.B. die längere Strecke unberücksichtigt lässt und auch den Wirkungsgrad der Rekuperation). Eine Ausnahme gibt es aber doch: wenn ich oben auf dem Berg den Akku (fast) voll lade, dann funktioniert bei der anschließenden Talfahrt die Rekuperation nicht, weil man einen vollen Akku nicht mehr weiter laden kann!

Zur Beschleunigung eines Autos ist Energie aufzuwenden, die hängt maßgeblich von der Fahrzeugmasse ab. Wenn ich mehr Leistung einbringe, beschleunigt die Fuhre schneller. Bis zur gewünschten Geschwindigkeit vergeht weniger Zeit, das Leistungs-Zeit-Integral (Arbeit) bleibt also bezogen auf ein Fahrzeug gleich, egal, ob ich schnell oder langsam beschleunige. Ja auch das ist mal die erste Näherung und berücksichtigt nicht steigende Verluste bei steigenden Leistungen. Beim "Entschleunigen" bekomme ich die kinetische Energie weitgehend wieder zurück, sodass bezogen auf die Beschleunigung die Fahrzeugmasse keine Rolle spielt.

Bleibt also als einzige reine Verlustgrößte, auf die die Fahrzeugmasse einen wesentlichen Einfluss hat, der Rollreibungswiderstand. Und den kann ich auch noch über die Reifen (Durchmesser, Luftdruck, Breite, Gummi) beeinflussen.
Gruß

tango

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Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:20

Klebaer hat geschrieben:Für mich überhaupt nicht nachvollziehbar.
Mein Agument, dass man zwar mehr Energie zum Beschleunigen braucht, aber man auch mehr Energie zurück erhält, wurde mit dem Hinweis auf viele Start-Stopps beantwortet.
Bevor ich erklären konnte, dass Start-Stopps daran nichts ändert, war der Post-Vertreter schon wieder weg.
Für mich auch nicht nachvollziehbar. Und bevor einer behauptet der Streetscooter rekuperiert nicht, der rekuperiert sehr wohl.
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Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:23

Achtung! Milchmädchenrechnung!
Tesla inkl. Fahrer => 2100 kg => bei 80 km/h => 15 kWh
c-zero inkl. Fahrer => 1400 kg => bei 80 km/h => 12 kWh

Und das obwohl der Tesla lt. zb. Lüning sooo effizient ist. (Da ist die Rechnung: ist um die Hälfte schwerer - darf die Hälfte mehr verbrauchen = 18 kWh)
Bei dieser Geschwindigkeit sollte sich der schlechtere Rollwiderstand vs. dem besseren Luftwiderstand bereits zu Gunsten des Teslas auswirken.
Zuviel ist nicht genug. ;)

Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:29

Klebaer hat geschrieben:Ähnliche Diskusion über Gewicht und Verbrauch hatte ich in Bad Neustadt bei der Ausstellung der Post-Fahrzeuge.

Dort war der kleine und große Streetscooter ausgestellt.
Laut Datenblatt und Schilderung des Personals...
...kommt der Kleine mit einer 24kwh Batterie und 710 kg Zuladung 80km weit.
...kommt der Große mit einer 30kwh Batterie und 1000kg Zuladung 80km weit.
Das ist auch nicht so einfach. Der kleine und der große Streetscooter unterscheiden sich durch Aufbaugröße (cW-Wert!), Fahrzeuggewicht (größere Batterie!) und Zuladung.

Wie oben ausgeführt, spielt das Gewicht "nur" beim Rollreibungswiderstand eine Rolle, bei niedrigen Geschwindigkeiten mehr (ist bei Zustellfahrzeugen gegeben). Der höhere Luftwiderstand durch den (etwas) ungünstigeren cW-Wert dürfen wir auch nicht ganz außer Acht lassen.
Gruß

tango

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Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:37

ederl65 hat geschrieben:Achtung! Milchmädchenrechnung!
...
Da ist die Rechnung: ist um die Hälfte schwerer - darf die Hälfte mehr verbrauchen = 18 kWh...
Das ist die Natur von Thermen mit gemischt quadratischen Anteilen:

Rollreibung: Masse * Geschwindigkeit * Rollreibungskoeffizient
Windwiderstand: Geschwindigkeit ^2 * Stirnfläche * cW-Wert * Luftdichte/2
Nebenverbraucher: unabhängig von Masse und Geschwindigkeit, Festwert

Wie oben beschrieben ist der Rollreibungswiderstand bei niedrigeren Geschwindigkeiten relevant, der Windwiderstand bei höheren.
Gruß

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Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:43

@Start-Stop
Angenommener Wirkungsgrad der "Beschleunigungs - Rekuperationskette" 90%

bei 710 kg Start 100 Wh => Stop 90 Wh retour = 10 Wh Verlust
bei 1000kg Start 130 Wh => Stop 117 Wh retour = 13 Wh Verlust
Zuviel ist nicht genug. ;)

Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:48

ederl65 hat geschrieben:@Start-Stop
Angenommener Wirkungsgrad der "Beschleunigungs - Rekuperationskette" 90%

bei 710 kg Start 100 Wh => Stop 90 Wh retour = 10 Wh Verlust
bei 1000kg Start 130 Wh => Stop 117 Wh retour = 13 Wh Verlust
so sehe ich das auch. Plus Verlust durch erhöhten Rollwiederstand (Frage ist, wieviel Wh Verlust machen 290kg Unterschied bei gleicher Bereifung pro gefahrenen Kilometer?)

Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 09:54

Möglicherweise sind es mehr als 290 kg (Größere Batterie!), aber Prozentuell wird's ca. stimmen.
Und bitte, das sind Phantasiezahlen, nur um den Effekt zu verdeutlichen.
Zuviel ist nicht genug. ;)

Re: Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

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folder Di 16. Mai 2017, 12:27

MineCooky hat geschrieben:Stimmt, da hatte Audi mal was verkündet zu dem Thema.

Da holt man wohl nochmal bis zu 10% (auf der übelsten Rumpelpiste) raus
Alex1 hat geschrieben:Rekuperierende Stoßdämpfer bringen natürlich auch nur einen "Bruchteil", aber Leichtbau bringt auch nur einen Bruchteil. Welcher Bruchteil ist jetzt größer? Reku-Stoßdämpfer haben sicher noch andere Vorteile, wegen deren sie sich durchsetzen werden.
Ich war da am Rande in der Vorentwicklung bei dem Thema bei einem anderen OEM schonmal beteiligt und da war es sogar so, dass die Rekuperation nur ein Goodie war, das man aus den schon geplanten Bauteilen rausholen hätte können.
10% von was hat da Audi erzählt? Von der Bewegungsenergie? Da sind sie wohl um Faktor 100 daneben, auch mit gewaltigem Entwicklungs- und Materialaufwand.
Das sind natürlich Marketingzahlen, ich kenne die Technik, die Audi einsetzen will auch und die Idee hat schon was, aber das ist doch wie die Solarzellen am Dach des Fahrzeugs: Das muss man sich schon schönrechnen, damit es wirklich Sinn ergeben würde.

Nicht falsch verstehen: Jede Energie, die ich wieder zurückgewinnen kann, sollte auch wieder zurückgewonnen werden. Das hat auch nichts mit dem elektrischen Antriebsstrang zu tun, das ist einfach nur nachhaltig. Aber Wunder darf man sich von solchen Maßnahmen in der realen Welt nicht erwarten, die Umwandlungsverluste sind einfach meistens viel zu hoch, um das Zusatzgewicht wieder wett zu machen.

Allgemein darf man die Reku nicht überschätzen. Auch wenn die Wirkungsgrade, die hier gepostet wurden wirklich stimmen sollten (90% glaube ich sofort beim Beschleunigen, bei 80% Reku bin ich skeptisch, aber lassen wir das so stehen), dann habe ich trotzdem nach dem E-Motor auch noch Umwandlungsverluste. Die Energie, die mir mein Generator erzeugt kann ich ja nicht 1:1 in den Akku pumpen. Nehmen wir da auch mal optimalerweise 90% Wirkungsgrad an, dann sieht die Rechnung ja so aus:

90% * 80% * 90% = 64%

ich bekomme also beim Bergabfahren niemals wieder die gesamte Energie, die ich zum Beschleunigen aufgebraucht habe zurück, sondern nur 65%.

Davon sind jetzt noch die anderen Verluste abzuziehen, wie Luft-/Reibungs-/Walkwiderstände. Da stehen wir dann vermutlich irgendwo bei 30%-50%, was ich durch Rekuperation wieder zurück bekomme. Dass diese Rechnung plausibel ist, kann man sich ja ganz einfach mal im i3 (und auch in den anderen Fahrzeugen - bei Tesla weiß ich's noch) ansehen, wenn man die Antriebsenergie und die Rekuperation darstellen lässt. Ich achte nicht besonders auf sparsames Fahren, das wird aber die Masse der Bevölkerung auch nicht machen, und bekomme auf meinen Strecken auch Reku-Werte um die 35%.

Lange Rede, kurzer Sinn: Energetisch ist Leichtbau sogar wichtig. Ökonomisch und ökologisch fraglich.
i3 seit Feb. 2016
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