Mehr Gewicht = Höherer Verbrauch; oder doch nicht?

Alle Themen über Elektroautos, zu denen es kein eigenes Forum gibt
AntwortenAntworten Options Options Arrow

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

USER_AVATAR
  • AbRiNgOi
  • Beiträge: 13628
  • Registriert: Do 27. Jun 2013, 17:43
  • Wohnort: Guntramsdorf (bei Wien)
  • Hat sich bedankt: 515 Mal
  • Danke erhalten: 4101 Mal
read
Wie kommst du oben auf die Idee den Wirkungsgrad aus der Rekuperationsenergie zu berechnen? Der Zusammenhang zwischen benötigter Energie und Recuperation ist doch extrem Willkürlich, man beschleunigt und recuperiert doch nicht dauernd. Wenn man nur konstante Geschwindigkeit Fährt wäre die Recuperation null und Dein so komisch berechneter Wirkungsgrad 100%. Super.
ZOE Live Q210 6/2013 * AHK legal Typisiert 18.07.2017 * 40kWh Batterie 12.03.2019
Aktuell: 135.000 km

Niemand ist bei mir auf der Ignor-Liste!
Anzeige

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

Ioniq1234
  • Beiträge: 1590
  • Registriert: Di 31. Aug 2021, 09:55
  • Hat sich bedankt: 8 Mal
  • Danke erhalten: 466 Mal
read
@Duke711: Da Du scheinbar gern rechnest, versuche ich das auch mal:

Akku mit sagen wir 30kWh hat sagen wir 1 Ohm Innenwiderstand bei 15 Grad Temperatur. Beim Fahren im Stadtverkehr benötigt man sagen wir 5KW um 50km/h zu halten. Sagen wir weiter der Akku hat eine Nennspannung von 370V. Um bei der Spannung 5KW aus dem Akku zu entnehmen fließt ein Strom von 13,5A

Ohmsches Gesetz: U=R*I

U=1Ohm*13,5A macht einen Spannungsfall von 13,5V die den Verlust im Akku darstellen. Beim Beschleunigen oder höherer Geschwindigkeit natürlich deutlich mehr.

Rechnen wir das jetzt bei einem 60kWh Akku durch. Wieder 370V Nennspannung. Da jetzt doppelt so viele Zellen parallel geschaltet sind, halbiert sich der Innenwiderstand. (siehe Parallelschaltung von Widerständen)

Also U=0,5Ohm*13,5A macht nur noch 6,75V Spannungsfall. Also exakt die Hälfte.

Man kann das Ganze natürlich jetzt auch bei 30 Grad und den entsprechenden Innenwiderständen durchrechnen oder bei 0 Grad. Das Ergebnis ist immer dasselbe. Dass sich im Winter ein kleinerer Akku durch höhere Verluste schneller erwärmt ist zwar richtig, ändert aber kaum was an dessen schlechteren Wirkungsgrad.

Dasselbe gilt natürlich auch beim Laden und die Ladeverluste, die direkt im Akku entstehen bei gleichem Ladestrom. Die Ladeverluste durch das AC Ladegerät sind natürlich unabhängig von der Akkugröße. Noch drastischer sieht die Sache beim Schlellladen aus:

Ladestrom 125A bei einem 30kWh Akku mit 1 Ohm Innenwiderstand macht 125A*1Ohm=125V Spannungsfall. Bei einem 60kWh Akku wären es nur noch 62,5V also auch hier exakt die Hälfte an Verlusten.

q.e.d


Man kann am Beispiel des Akkus sehr schön sehen, dass die Verluste im Wesentlichen vom Strom und Widerstand abhängen. So auch, wenn man den Systemwirkungsgrad betrachtet.

Unter Volllast wird man daher einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad erreichen als wenn man gemütlich auf der Landstraße dahinrollt und gelegentlich mal das Pedal lupft. Je nach Fahrzeug wird man dabei nahe des höchsten Wirkungsrades fahren. Auf der Nordschleife hingegen wird man kaum über 50% kommen und schon nach 1-2 Runden wegen zu hoher Temperatur vom Gas gehen müssen.

Ist alles nur eine Frage der Widerstände im gesamten Stromkreis. Dazu noch die Nebenverbraucher, die mit dem Vortrieb nichts zu tun haben.

Ich habe gelesen, dass der Reluktanzmotor* im M3 über 95% Wirkungsgrad in weiten Drehzahl- und Lastbereichen aufweist. Die Leistungselektronik liegt meist irgendwo im Bereich von 98-99,5%. Akku je nach Strom auch so um die 95-99%. Der Rest ist zu vernachlässigen. Dann kommt aber noch der mechanische Antriebsstrang. Getriebe gibt es in der Regel nicht. Nur eine Untersetzung. Sagen wir 99%. Dann das Diff. Bei Geradeausfahrt sollte das zu vernachlässigen sein. Antriebswellen ebenso. Radlager gehören dann schon zum Rollwiderstand, den es ja zu überwinden gilt. Ist also genaugenommen kein Verlust, sondern das was eigentlich erreicht werden soll, nämlich das Rad zu bewegen. Auch der Reifenrollwiderstand, Luftwiderstand, Masseträgkeit und so weiter, sollte nicht beim Systemwirkungsgrad berücksichtigt werden.

Unter Idealbedingungen sind also 90% durchaus möglich. In der Regel werden es aber eher 80-85% sein unter Volllast noch weniger.


*In der Wirkungsgradkurve von @adauris ist das System der Motoren im M3 nicht enthalten.

Manche Fahrzeuge, die 2 Motoren haben, können einen nahezu ohne Last laufen lassen oder sogar mechnisch trennen um den anderen mit einem besserem Wirkungsgrad laufen zu lassen. Mit weiterer Motorenentwicklung werden die Wirkungsgrade noch weiter steigen. Technisch sind 98% durchaus möglich. Das klingt zwar nicht viel gegenüber 90-95%, macht aber schon einiges in der Reichweite und Verbrauch aus, da auch hier der Rekuwirkungsgrad steigt. Außerdem sinkt der Kühlaufwand.

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

Duke711
  • Beiträge: 437
  • Registriert: Mo 28. Mai 2018, 12:41
  • Hat sich bedankt: 18 Mal
  • Danke erhalten: 86 Mal
read
AbRiNgOi hat geschrieben: Zu der Rechnung, hier werden zwei Dinge bezüglich Gewicht unterschlagen und geben daher ein schlechteres Bild:
Die Rechnung war nur ein Beispiel bezüglich der Behauptung der Rollwiderstand würde bei 30 km/h keine nennenswerte Rolle mehr spielen-

AbRiNgOi hat geschrieben: 2.:Es ist auch dort so, dass das Gewicht kaum eine Rolle spielt, egal wie schnell man beschleunigt, wenn man danach ausrollt am Besten ohne Leerlauf. Der Verbrauch bleibt fast gleich, es ist also auch hier nicht das Problem der Beschleunigung der Masse, diese muss ja gemacht werden, egal wie schnell oder langsam, sondern die Art des Bremsens.
Die Aussage ist falsch, denn das verlustfreie Ausrollen gibt es nicht. Beim Ausrollen entstehen Verluste im Antriebsstrang, also Reifen, Radlager und vor allem das Einganggetriebe. Der Wirkungsgad eines Einganggetriebe fällt bei geringen Drehmomenten bis auf 10% ab. Somit spielt bei jeder Beschleunigung die Masse eine erhebliche Rolle, da immer Verluste entstehen die sich multiplizieren:

Beispiel:

Beschleunigung: Annhame nur Verluste im Getriebe -> 0,9
Ausrollen: -> 0,9

Gesamtwirkungsgrad 0,9 * 0,9 = 0,81


Desweiteren ist bei einen üblichen Fahrprofil innerhalb einer Stadt oder Überland ein Ausrollen ohne lediglichen Bremseneinsatz oder Rekuperation pratkisch gar nicht möglich.


AbRiNgOi hat geschrieben: Dazu der Gedanke: Beim Beschleunigen der Masse A und der doppelt so großen Masse B benötigst du für die Masse B genau doppelt so viel Energie um diese auf die Gleiche Geschwindigkeit wie die Masse A zu bringen. Egal wie schnell oder langsam du das machst. Diese Energie aber steht dir ab jetzt jederzeit zur Verfügung diese in Luft und Rollwiderstand zu verheizen. Also die Masse B hat nun doppelt so viel Energie für Roll und Luftwiderstand um nun weiter zu rollen. Es ist auch egal wie viele Stunden dazwischen liegen, zwischen Beschleunigen und ausrollen, die Energie ist Verlustfrei als Bewegungsenergie in der Masse gespeichert.
Auch diese Annahme ist nicht richtig. da ein Auto nicht über einen Impuls angetrieben wird, sondern permanent über die zugeführte Leistung um den permanenten Widerstand zu überwinden. Einfache Rechnung:

W = m * a * s

Beschleunigung:

W = 1700 kg * 1,5 m/s² * 3000 m

W = 7,65 * 10^6 Nm

v = 1,5 m/s² * Wurzel (2 * 5000 m / 1,5 m/s²)

v = 94,86 m/s

Luftwiderstand:

1,2 kg/m³ * 0,5 * 0,25 * 2,2 m²

Rolreibung mit 0,009


zurück gelegter Weg:

s = 2365 m


Man sieht hier eindeutig dass der Impuls oder die gespeicherte Energie bei einer üblichen Fahrstrecke überhaupt keine Rolle spielen würde. Aber von diesen 7,65 * 10^6 Nm gehen bei einen Wirkungsgrad bezüglich Ausrollen: 0,76 [Beschleunigung] * 0,88 [Ausrolllen] > 1 - 0,669 = 33% verloren. D.h. es sind keine 2365 m, sondern nur 1608 m. Die Differenz von 757 m oder umgerechnet in reiner Rollreibungsarbeit:


Rollreibungsweg: s = 7,65 * 10^6 Nm * 0,33 / ( 1700 kg * 0,009 * 9,81 m/s²) = 16830 Meter

Diese 16830 Meter als möglicher Rollreibungsweg gehen als bei jeden Beschleunigungs und Ausrollvorgang verloren.



AbRiNgOi hat geschrieben: Daher hat die Beschleunigung so gut wie keinen Einfluss auf der Langstrecke. Am Berg gilt übrings das Gleiche, solange man die Reibbremse oder die Motorbremse nicht verwendet.
Was ist mit einer langen Strecke gemeint?

Ein übliche Fahrprofil bezüglich WLTP schaut so aus:

[https://de.wikipedia.org/wiki/Worldwide ... lass_3.svg

Es besteht praktisch nur aus Beschleunigungsphasen. Je höher der Anteil der Bescheunigungsphasen ist, umso einen deutlichen größen Einfluss hat die Masse.

AbRiNgOi hat geschrieben: Real bleibt dann nur der Rollwiderstand über, der bei hohem Gewicht höher ist, nicht aber bei der Geschwindigkeit, da hat das Gewicht keinen Einfluss. Die Frage der Fahrweise aber, wie oft gebremst wird, hat einen Einfluss der auch mit dem Gewicht vergrößert wird. Die Recuperation kann hier vielleicht 83% zurück holen.
Es sind nur als Gesamtwirkungsgrad betrachtet 55%.

AbRiNgOi hat geschrieben: (Wirkungsgrad Motor x Batterie x Umrichter, 0,9 * 0,95 * 0,98 ), aber auch beim Beschleunigen sind die gleichen Verluste aufgetreten, diese kommen auch nicht mehr zurück und sind daher vom Gewicht abhängig, am Schluss bleibt etwa 70% Wirkungsgrad über die Beschleunigung und Recuperation über, also 30% Verlust durch Beschleunigen und Recuperieren.
Auch das stimmt nicht. Denn hier fehlt der Wirkungsgrad von dem Antriebstrang. D.h. Reifen, Radlager und dem Getriebe. Das sind je nach Last zwischen 10 - 95%. Bezüglich WLTP liegt der Durchschnitt bei 88%.

Beschleunigung:

Motor: 0,85
Antriebsstrang: 0,88
Akku: 0,95

= 0,75

Rekuperation:

Motor: 0,85
Antriebsstrang: 0,88
Akku: 0,95

= 0,75

Somit ergibt das einen Gesamtwirkungsgrad von 0,75^2 = 0,56 Es gehen also nicht nur 30% beim beschleunigen und rekuperieren verloren, sondern 44%
Zuletzt geändert von Duke711 am Di 15. Feb 2022, 13:14, insgesamt 2-mal geändert.

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

Duke711
  • Beiträge: 437
  • Registriert: Mo 28. Mai 2018, 12:41
  • Hat sich bedankt: 18 Mal
  • Danke erhalten: 86 Mal
read
AbRiNgOi hat geschrieben: Wie kommst du oben auf die Idee den Wirkungsgrad aus der Rekuperationsenergie zu berechnen? Der Zusammenhang zwischen benötigter Energie und Recuperation ist doch extrem Willkürlich, man beschleunigt und recuperiert doch nicht dauernd. Wenn man nur konstante Geschwindigkeit Fährt wäre die Recuperation null und Dein so komisch berechneter Wirkungsgrad 100%. Super.
Bitte noch einmal verständlich ausdrücken, Danke.

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

USER_AVATAR
read
Ist die Kern-Frage, die wir uns stellen müssten nicht die: Wie Nachhaltig ist es mit mehr als 100 km/h gegen den Wind zu arbeiten?
Die Verluste steigen, der Gewinn an Zeit gering.
Teilweise wäre sicher das Rekupieren bis Tempo 70 besser als die Windverluste für immer im Runtersegeln zu verlieren.

Meine jüngsten Erfahrungen im ev6 LR awd zeigen….wer ankommen will muss schleichen (im Kia sogar frieren). Aber dies galt auch schon im Leaf oder egolf oder in einem windschattenchillendem Tesla . Ab tempo 100 und Gegenwind zeigt die physik wo der Hammer hängt. Da spielt Masse fast keine Geige, somit auch die Akkugröße keine Rolle. Grosse Hoffnung setzte ich auf Kolonnenfahrten, die auch ein Riesen potential haben.

Eine schöne Spielwiese war früher mal das Seifenkistenrennen. Heute Bobycar. Da zähle das Lager. Das Öl. Ist auch heute noch so.
LEAF 72000 km 15 kWh Rest Akku-Schäm Dich Nissan....Hand-Made egolf Dresden...Ahk liegt bereit...EV6 RunawayRot AWD LR AHK P1+2 WPnutzlos…Citroen AMI Getriebedefekt 1300km-nie wieder Stellantis = Citroen D

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

USER_AVATAR
read
Duke711 hat geschrieben: Bitte noch einmal verständlich ausdrücken, Danke.
Ich habs verstanden, einfach noch mal lesen.
Und er hat übrigens Recht.

Das bedeutet nicht, dass Gewicht egal wäre. Und Leichtbau wird auch total vernachlässigt, da hast Du absolut Recht.
Antriebseffizienz und Strömungswiderstand sind aber die größeren Probleme.
Zumal man ja nicht so zu tun braucht als ob sich das Gewicht um 90% reduzieren ließe.
Odanez hat geschrieben: Zum Wirkungsgrad von E-Motoren:
Beim Antrieb von E-Autos kommen im Grunde nur zwei Typen vor: Die etwas komplexeren Synchronmotoren und die einfachen, aber robusten Asynchronmotoren. Bei Letzteren liegt der Wirkungsgrad mit 75 bis 80 Prozent etwas niedriger, sodass sich Synchronmotoren durchgesetzt haben, die auf einen Wert von 90 Prozent kommen können.
Das ist aber schon sehr vereinfacht. Da gibt es zB noch die Spielarten fremderregter Synchronmotor und Reluktanzanteil.
Je nach Fahrzustand geht der Wirkungsgrad auch bis 0% runter.

Siehe hier ab 9:23

Mit dem Elektroauto unterwegs seit 2015
Citroën ë-C4 2022

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

USER_AVATAR
  • AbRiNgOi
  • Beiträge: 13628
  • Registriert: Do 27. Jun 2013, 17:43
  • Wohnort: Guntramsdorf (bei Wien)
  • Hat sich bedankt: 515 Mal
  • Danke erhalten: 4101 Mal
read
Duke711 hat geschrieben:
Beispiel:

WLTP
Fahrstrecke: 23 km
Verbrauch: 4291 Wh
davon rekuperiert: 749 Wh
netto Verbrauch bei ƞ = 1: 3219 Wh

Rekuperationsfaktor: 791 / 4291 Wh = 0,18


Wirkungsgrad BEV: 3219 / 4291 Wh = 0,75
Das meinte ich, hier rechnest die den Wirkungsgrad aus Verbrauch und netto Verbrauch bei ƞ = 1. Das macht keinen Sinn.
Duke711 hat geschrieben: Beim Ausrollen entstehen Verluste im Antriebsstrang, also Reifen, Radlager und vor allem das Einganggetriebe. D
Ich hab doch geschrieben, diese Energie steht nun zur Verfügung um in der Reibung und im Luftwiderstand "verbraten" zu werden. Es ist also für diese Zeit der Antrieb. Effizienter kann man die Energie nicht Recuperieren, eben in diesem Fall zu 100% um das Fahrzeug gegen die diversen Widerstände zu bewegen. Die Beschleunigung geht daher nicht verloren sondern wird immer für den weiteren Vortrieb verwendet. Nur wenn man bremst geht Energie verloren, ansonsten geht die immer direkt in Bewegung über um eben alle Widerstände der Fahrt beim Rollen zu überwinden.
Daher ist es nicht wichtig wie man beschleunigt, die Energie ist sehr gut gespeichert und steht immer zur Verfügung, sondern nur wie man bremst.
ZOE Live Q210 6/2013 * AHK legal Typisiert 18.07.2017 * 40kWh Batterie 12.03.2019
Aktuell: 135.000 km

Niemand ist bei mir auf der Ignor-Liste!

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

Odanez
read
Wirkungsgrad BEV inkl. Rekuperation: 0,75 * 0,74 = 0,555
und genau diese Rechnung ist komplett falsch. Ich habe ja schon mal geschrieben, dass man nie die komplette Energie, die man zum Beschleunigen reinsteckt am Ende auch wieder rekuperiert. In der Realität sind es eher vielleicht 1/3 oder noch weniger, um so mehr landet man beim Gesamtwirkungsgrad im oberen Bereich. Schafft man z.B. ohne rekuperieren und ohne Bremsen zu fahren, also alles nur ausrollen, kommt man bei 75% Wirkungsgrad an, nehmen wir mal an diese Zahl stimmt. Kann sie aber auch nicht weil man nicht einfach einen 85% Wirkungsgrad des Motors alleine hernehmen kann, alle Quellen die es sonst gibt geben deutlich mehr an als das.
#2307
2017-2020: 2013 Nissan Leaf Acenta 24kWh
Seit 2021: Kia e-Niro Spirit 64kWh

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

Duke711
  • Beiträge: 437
  • Registriert: Mo 28. Mai 2018, 12:41
  • Hat sich bedankt: 18 Mal
  • Danke erhalten: 86 Mal
read
AbRiNgOi hat geschrieben: Das meinte ich, hier rechnest die den Wirkungsgrad aus Verbrauch und netto Verbrauch bei ƞ = 1. Das macht keinen Sinn.

Genauso ist aber der Wirkungsgrad definiert. Wäre der Wirkungsgrad bei 1, würde der Verbauch bezüglich Fahrwiderständen und vollständiger Rückgewinnung per Rekuperation bei 3219 Wh liegen.


Der Rekuperationsfaktor ist aber falsch, das ist richtg.

Korrekt wäre:

791 / (791 + 4291) Wh = 0,155



AbRiNgOi hat geschrieben: Ich hab doch geschrieben, diese Energie steht nun zur Verfügung um in der Reibung und im Luftwiderstand "verbraten" zu werden. Es ist also für diese Zeit der Antrieb. Effizienter kann man die Energie nicht Recuperieren, eben in diesem Fall zu 100% um das Fahrzeug gegen die diversen Widerstände zu bewegen. Die Beschleunigung geht daher nicht verloren sondern wird immer für den weiteren Vortrieb verwendet. Nur wenn man bremst geht Energie verloren, ansonsten geht die immer direkt in Bewegung über um eben alle Widerstände der Fahrt beim Rollen zu überwinden.
Daher ist es nicht wichtig wie man beschleunigt, die Energie ist sehr gut gespeichert und steht immer zur Verfügung, sondern nur wie man bremst.

Das ist falsch. Denn das Reibmoment vom Getriebe addiert sich ja zum Luftwiderstand hinzu dazu:

Beschleunigungswiderstand: Fr = Luftwiderstand + Reibwiderstand Getriebe

Rekuperationswiderstand: Fr = Luftwiderstand - Reibwiderstand Getriebe


Ansonsten wäre ja der Energieerhaltungssatz verletzt. Für den Reibwiderstand des Getriebe, Reifen etc. muss eine zusätzliche Energie ausgebracht werden, die steht dann auch nicht mehr den Luftwiderstand als Massenträgheit zu Verfügung. Denn der Reibwiderstand des Getriebe und co. wird während der Beschleunigung in Wärme umgewandelt und nicht in kinetische Energie. Das gleiche passiert auch beim ausrollen. Der Wirkungsgrad wandelt die überschüssige Energie stets in Wärme um.

Re: E-Mobilität - Wie nachhaltig ist sie wirklich?

RiffRaff
  • Beiträge: 1192
  • Registriert: Mi 17. Nov 2021, 11:42
  • Hat sich bedankt: 349 Mal
  • Danke erhalten: 214 Mal
read
Reibung ist IMMER Verlust (das was du "Widerstand" nennst). Du bekommst nicht plötzlich "Energie raus", nur weil die Lastrichtung des Getriebes sich ändert. Im Gegenteil: falls es sich um ein richtungsgebundenes (und daher für die Antriebsrichtung optimiertes) Getriebe handelt, wird der Verlust im Schubbetriebsfall sogar deutlich höher sein. Beim Differential ist das z.B. immer der Fall, bei optimierter Zahngeometrie des Untersetzungsgetriebes gilt das auch für dieses.
Anzeige
AntwortenAntworten

Zurück zu „Allgemeine Themen“

Gehe zu Profile
  • Vergleichbare Themen
    Antworten
    Zugriffe
    Letzter Beitrag