ICE-Autos haben uns alle darin geschult, einen schweren Gasfuß zu vermeiden, wenn wir sparsam fahren wollen. Hart beschleunigen und die Drehzahl ist hoch.

Die meisten Leute scheinen überzeugt zu sein, dass dasselbe für E-Autos gilt.

Aber warum? Offensichtlich spielt die Geschwindigkeit eine Rolle. Und die Rekuperation ist nicht 100 %.

Aber ist die Beschleunigung selbst "teuer" in Bezug auf die Effizienz? Wenn Sie beabsichtigen, 60 mph zu fahren, entstehen dann Kosten, um diese Geschwindigkeit in 5 Sekunden statt in 15 zu erreichen?

Was würde im Motor passieren, um Ineffizienz zu verursachen?

Mit einem Wort: I²R-Verluste. Die Motorwicklungen, Kabel und der Wechselrichter haben alle einen gewissen Widerstand (R), weshalb Motoren und Wechselrichter Kühlsysteme benötigen. Der Widerstand führt dazu, dass sie sich erwärmen, wenn sie Strom leiten. Je mehr Strom sie leiten (d. h. je mehr Leistung der Motor liefert), desto größer sind die Verluste, und da diese Verluste proportional zum Quadrat des Stroms (I) sind, wenn Sie den Strom verdoppeln (also die Leistung verdoppeln), dann steigen die Verluste um den Faktor vier.

 

Höhere Beschleunigung bedeutet mehr Strom, und das bedeutet mehr Verluste im Draht, aber im Großen und Ganzen ist es winzig.

Bei höherer Beschleunigung ist der höhere Strom nur für eine kürzere Zeit vorhanden, so dass der "quadratische" Teil der I2R-Verluste negiert wird. Hohe Beschleunigung ist verlustreich, aber weniger als man vielleicht denkt.

Wenn Sie die größtmögliche Reichweite anstreben, sollten Sie sich eher die Verzögerung als die Beschleunigung ansehen. Rekuperation ist ineffizient (obwohl viel besser als gar keine!), Wicklungsverluste, Elektronikverluste, Verluste beim Laden und Entladen der Batterie, dann Verluste beim erneuten Beschleunigen. Am besten ist es, wenn Sie rechtzeitig erkennen, dass Sie langsamer werden müssen, und dann das Gaspedal so halten, dass Ihr Leistungsmesser auf (oder nahe bei) Null steht. Auf diese Weise speisen Sie weder Strom in den Motor ein noch rekuperieren Sie Strom von ihm. Das ist der effizienteste Weg, um langsamer zu werden, und spart Ihnen ein Vielfaches Ihrer Beschleunigungsverluste.

 

Höhere Beschleunigung bedeutet mehr Strom, und das bedeutet mehr Verluste im Draht, aber das ist winzig im großen Ganzen.

Bei höherer Beschleunigung ist der höhere Strom nur für eine kürzere Zeit vorhanden, so dass der "quadratische" Teil der I2R-Verluste negiert wird. Hohe Beschleunigung ist verlustreich, aber weniger als man vielleicht denkt.

Wenn Sie die größtmögliche Reichweite anstreben, sollten Sie sich eher die Verzögerung als die Beschleunigung ansehen. Regenerieren ist ineffizient (obwohl viel besser als es nicht zu haben!) Wicklungsverluste, Elektronikverluste, Verluste beim Laden und Entladen der Batterie, dann Verluste beim erneuten Beschleunigen. Am besten ist es, wenn Sie feststellen, dass Sie rechtzeitig abbremsen müssen, und dann das Gaspedal so halten, dass Ihr Leistungsmesser bei (oder nahe) Null steht. Auf diese Weise speisen Sie weder Strom in den Motor ein noch gewinnen Sie Strom daraus zurück. Das ist der effizienteste Weg, um zu verlangsamen, und spart Ihnen ein Vielfaches Ihrer Beschleunigungsverluste.

Nachdem ich mehrere Elektrofahrräder, ein Elektromotorrad und ein Elektroboot gebaut habe, kann ich absolut bestätigen, dass der I²R-Verlust bei weitem die größte Quelle der Antriebsstrangineffizienz in jedem Elektrofahrzeug ist und dass, wie die Leistungsformel vorhersagt, die Dinge viel heißer werden, wenn ein höherer Strom fließt, selbst wenn dies nur für kurze Zeit der Fall ist. Darüber hinaus gilt: Da der Widerstand der meisten leitenden Materialien mit steigender Temperatur zunimmt, gilt: Je wärmer die Leiter, desto größer die I²R-Verluste.

Die ohmschen Verluste treten überall auf, in den Zellen, in der Verkabelung, im Wechselrichter und in den Motorwicklungen, und diese machen den größten Teil der Gesamtverluste im Antriebsstrang aus. Bei hohen Motordrehzahlen gibt es einige Wirbelstromverluste, aber im Allgemeinen sind diese tendenziell viel geringer als die I²R-Verluste, da das Motordesign diese Verluste über den normalen Motordrehzahlbereich so gut wie auf ein vernachlässigbares Niveau reduziert hat.

Die Rekuperation kann niemals als Wärme verlorene Energie zurückgewinnen, und die Rekuperation selbst hat I²R-Verluste, die mehr Wärme erzeugen.

 

Motoren scheinen im mittleren Bereich sowohl in Bezug auf Drehmoment als auch auf Geschwindigkeit am effizientesten zu sein, daher könnten 10 Sekunden in der Frage am effizientesten sein.

Meine Wahl für die effizienteste Einstellung ist die konstante Leistung. Das fühlt sich anfangs etwas langsam an, aber ich denke, das ist nur eine Konditionierung eines Lebens mit Verbrennungsmotoren. Interessanterweise macht mein E-Golf im ECO+-Modus genau das von einem stehenden Start weg, was eine gewisse Zustimmung darstellt.

 

Elektrofahrzeuge sind bei der Bereitstellung ihrer Teillastleistung deutlich gleichmäßiger effizient als Verbrenner. Unten ist ein Effizienzdiagramm für einen LEAF, das nur eine Variation von 85 % bis 95 % zeigt. Während es also in Bezug auf den Motor effizienter ist, stark zu beschleunigen, ist der Unterschied minimal (höchstens 10 % von praktisch keiner Last bis zur maximalen Last bei 6.000 U/min), und wie @Jeremy Harris feststellt, sind die Verluste im Rest des elektrischen Systems bei höherem Strom höher, was den Gewinn durch das Versetzen des Motors in einen effizienteren Betriebsbereich mehr als zunichte macht.

 

A closer look at the losses in EV motors - Charged EVs

In the bad old days when the only batteries suitable for traction applications were flooded lead-acid and Ni-Cd types, the battery was the least efficient component of an EV powertrain, routinely delivering back only 50-70% of the amp-hours that went into charging it (aka the Coulometric...

chargedevs.com

 

Aber wie bedeutsam sind diese I2R-Verluste im Vergleich zu der Energie, die für die Beschleunigung des Autos und die Überwindung der vielen mechanischen Verluste aufgewendet wird?

 

Aber wie signifikant sind diese I2R-Verluste im Vergleich zu der Energie, die für die Beschleunigung des Autos und die Überwindung der vielen mechanischen Verluste aufgewendet wird?

Es geht wirklich nur um Energie und wohin sie geht. Im Allgemeinen ist die Energie, die zum Beschleunigen des Autos verwendet wird, nicht verschwendet, aber wenn der Motor mehr Drehmoment liefern muss, um das Auto schneller zu beschleunigen, dann sind die Verluste viel höher (wegen des quadratischen Gesetzes der Kupferverluste). Wenn man mit konstanter Geschwindigkeit fährt, geht die gesamte Energie, die zur Aufrechterhaltung dieser Geschwindigkeit benötigt wird, als Wärme verloren (eine Mischung aus Wärmeverlusten vom Antriebsstrang, Luftreibungserwärmung durch Luftwiderstand und Reifen- und Straßenwärme durch Rollwiderstand, hauptsächlich, plus einige geringfügige Lagerreibungswärmeverluste). Ein Teil der Energie, die zum Beschleunigen des Autos auf eine konstante Geschwindigkeit verwendet wird, wird durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen, aber auch hier hängt die Effizienz davon ab, wie stark die Rekuperation ist - je stärker sie ist, desto höher ist der Strom und desto höher sind die Verluste, genau wie bei der Beschleunigung.

Wenn man den Motor und den Antriebsstrang im Effizienz-Sweetspot hält, wird der Gesamtwirkungsgrad maximiert, also keine starke Beschleunigung und keine starke Rekuperation, versuchen Sie, die Dinge innerhalb des roten Bereichs auf der von @dk6780 geposteten Grafik zu halten.

 

Anekdotisch betrachtet, wenn man sieht, wie die GOM um drei Meilen sinkt, wenn man von Kreisverkehrgeschwindigkeit auf NSL einen steilen Hügel über eine Viertelmeile oder so beschleunigen muss, sage ich: "Ja!"

 

Wenn Sie stark beschleunigen, ist Ihre Durchschnittsgeschwindigkeit höher, sodass der Windwiderstand insgesamt höher ist.

 

Wenn Sie stark beschleunigen, ist Ihre Durchschnittsgeschwindigkeit höher, sodass der Windwiderstand insgesamt höher ist.

Dies ist wahrscheinlich der wichtigste Grund in der realen Welt. Ich kann einem Ampel-GP nicht widerstehen und habe im Sommer in meinem Ioniq immer noch über 6 Meilen pro kWh geschafft. Ihre durchschnittliche Gesamtgeschwindigkeit und die Nutzung von Klimaanlage/Heizung haben einen viel größeren Einfluss auf die Reichweite.

 

ICE-Autos haben uns alle darin geschult, einen schweren Gasfuß zu vermeiden, wenn wir sparsam fahren wollen. Stark beschleunigen und die Drehzahl ist hoch.

Die meisten Leute scheinen überzeugt zu sein, dass dasselbe für E-Autos gilt.

Aber warum? Offensichtlich spielt die Geschwindigkeit eine Rolle. Und die Rekuperation ist nicht 100 % effizient. Aber ist die Beschleunigung selbst in Bezug auf die Effizienz "teuer"? Wenn Sie beabsichtigen, 60 mph zu fahren, entstehen dann Kosten, um diese Geschwindigkeit in 5 Sekunden statt in 15 zu erreichen?

Was würde im Motor passieren, um Ineffizienz zu verursachen?

Zusätzlich zu den anderen Antworten sind die internen Verluste in der Batterie bei starker Stromabgabe höher. Eine langsame, gleichmäßige Motorleistung ist also am besten für die Wirtschaftlichkeit.

 

Zusätzlich zu den anderen Antworten sind die internen Verluste in der Batterie bei starker Stromentladung höher. Eine langsame, gleichmäßige Motorleistung ist also am besten für die Wirtschaftlichkeit.

Die columbische Effizienz von Lithium-Ionen-Zellen liegt selbst bei relativ hohen Lade-/Entladeraten sehr nahe bei 100 %, daher sind diese Zellverluste fast ausschließlich reguläre I^2*R-Verluste (interner Zellenwiderstand), wie bereits besprochen. (Wenn Sie "Batterie" so betrachten, dass sie alle Verbindungen zwischen den Zellen umfasst, haben diese auch I^2*R-Verluste)

Dies ist bei einigen anderen Batterietypen nicht der Fall – beispielsweise sinkt die columbische Effizienz von Blei-Säure-Zellen bei höheren Entladeraten, selbst bei 1C, stark ab, so dass der Anstieg der Verluste viel größer ist als der gemessene Innenwiderstand vermuten lässt, so dass ein Golfwagen mit Blei-Säure-Batterien einen viel höheren Reichweitenverlust erleiden würde, wenn er stark beansprucht wird, als einer, der Lithium-Ionen-Zellen mit der gleichen Ah-Kapazität wie Blei-Säure verwendet, da er bei hohen Entladeraten einfach nicht effizient ist.

 

Oder liegt es nur an der Karosserieform?

 

Danke euch allen. Jeremys I²R bringt mir die schwächsten O-Level-Erinnerungen über eine fast unvorstellbare Weite der Zeit.

Spiegelt die große Bandbreite der Effizienzwerte in der EV-Datenbank, von Tesla bis e-Tron, die sich fast verdoppelt, unterschiedliche Motoren wider? Es ist schon seltsam, dass Tesla eines der beschleunigungsstärksten Autos und gleichzeitig eines der effizientesten ist. Hat ihr Motor weniger R in der Verkabelung und verliert weniger Wärme?

Oder liegt es nur an der Körperform?

Aerodynamik und Gewicht haben die größten Auswirkungen. Die Tesla haben relativ kleine Stirnflächen sowie effiziente Formen, und der e-Tron ist ein übergewichtiger Ziegelstein, der auf einem Verbrenner basiert und die damit verbundenen internen Luftstromdetails aufweist. Aber es gibt keinen Zweifel, dass auch ein Element der Effizienz im elektrischen Design vorhanden ist, wobei Tesla und Hyundai ganz oben stehen.

 

ICE-Autos haben uns alle darin geschult, einen schweren Gasfuß zu vermeiden, wenn wir sparsam fahren wollen. Stark beschleunigen und die Drehzahl ist hoch.

Die meisten Leute scheinen überzeugt zu sein, dass dasselbe für E-Autos gilt.

Aber warum? Offensichtlich spielt die Geschwindigkeit eine Rolle. Und die Rekuperation ist nicht 100-prozentig. Aber ist die Beschleunigung selbst "teuer" in Bezug auf die Effizienz? Wenn Sie beabsichtigen, 60 mph zu fahren, entstehen dann Kosten, um diese Geschwindigkeit in 5 Sekunden statt in 15 Sekunden zu erreichen?

Was würde im Motor passieren, um Ineffizienz zu verursachen?

Jemand hat es mir mal so erklärt: Je schneller man eine Geschwindigkeit erreicht, desto länger verbringt man diese Geschwindigkeit, also verbraucht man mehr Energie. Wenn man also in einem E-Auto in 6 Sekunden auf 70 kommt, verglichen mit gemütlichen 1 Minute und 6 Sekunden, bedeutet das 1 Minute länger bei höherer Geschwindigkeit, was mehr Batterie entleert. Es sei denn, man macht eine Reise, die über die Reichweite hinausgeht, habe ich mir darüber noch nie Gedanken gemacht und meine E-Autos wie günstigere, schnellere Autos behandelt.

 

Die meisten Elektromotoren sind hocheffizient, ich würde keine nennenswerten Unterschiede zwischen Permanentmagnetmotoren von Tesla/Jaguar/VW/Hyundai usw. erwarten. Die Masse des Fahrzeugs und die Aerodynamik verursachen viel größere Unterschiede in kWh/km. Sie wollen ein wirklich effizientes Elektroauto? Holen Sie sich einen Hyundai 28 kWh. Kompakt, leicht, wirklich windschnittige Aerodynamik, schnell an Schnellladern, was gibt es nicht zu mögen!

 

Die meisten Elektromotoren sind hocheffizient, ich erwarte keine nennenswerten Unterschiede zwischen Permanentmagnetmotoren von Tesla/Jaguar/VW/Hyundai usw. usw. Die Masse des Fahrzeugs und die Aerodynamik verursachen viel größere Variationen in kWh/m. Sie wollen ein wirklich effizientes Elektroauto? Holen Sie sich einen Hyundai 28 kWh. Kompakt, leicht, wirklich windschnittige Aerodynamik, schnell auf Rapids, was gibt es nicht zu mögen!

Bei niedrigeren Drehzahlen stimmt das, aber bei hohen Motordrehzahlen in der Nähe der Höchstgeschwindigkeit sind Standard-Permanentmagnet-Synchronmotoren, wie sie in Autos wie dem Leaf zu sehen sind, nicht sehr effizient, mit einem deutlichen Effizienzverlust am oberen Ende, daher schlechte Effizienz bei hoher Geschwindigkeit (über die Aerodynamik hinaus) und auch eine relativ begrenzte Höchstgeschwindigkeit von etwa 100 mph, um eine zu hohe Übersetzung zu vermeiden und die Leistung bei niedriger Geschwindigkeit zu beeinträchtigen.

Aus diesem Grund beginnen Elektrofahrzeuge, sich zu Hybridkonstruktionen wie dem Reluktanzmotor mit geschaltetem Reluktanzmotor zu bewegen, der im Model 3 verwendet wird - der je nach Phasenverschiebung des Stroms relativ zur Rotorposition irgendwo zwischen Permanentmagnetmodus und Reluktanzmodus betrieben werden kann. (In der Praxis arbeitet er immer irgendwo zwischen den beiden, aber der Betriebspunkt wird mit der Motordrehzahl variiert, um bei allen Drehzahlen eine optimale Effizienz zu gewährleisten)

Ein Motor wie der des Model 3 hat einen viel größeren Drehzahl-/Drehmoment-Betriebsbereich und behält einen hohen Wirkungsgrad über einen viel größeren Drehzahlbereich bei. Er kann alle Vorteile eines PMS-Motors bei niedrigen Drehzahlen bieten, ohne die Nachteile bei hohen Drehzahlen.

 

Ich glaube nicht, dass es viel mit der Motor-/Antriebseffizienz zu tun hat. Ich vermute, dass es die Batterieleistung ist, die sehr anfällig für übermäßige Entladeraten beim starken Beschleunigen ist.

 

Ich glaube nicht, dass es viel mit der Motor-/Antriebseffizienz zu tun hat. Ich vermute, dass es die Batterieleistung ist, die sehr anfällig für übermäßige Entladeraten beim starken Beschleunigen ist.

Die Entladerate ist selbst bei einem Model 3P ziemlich trivial. Vor 20 Jahren habe ich Akkupacks gebaut, die problemlos eine Entladerate von 20C ohne Probleme oder Überhitzung der Zellen unterstützen konnten. Ein Model 3P erreicht bei maximaler Leistung nicht einmal die Hälfte davon.

 

Bei den kleinen Entladeraten einer EV-Batterie ist dies kein wirkliches Problem. Die Kapazität wird nicht direkt beeinflusst, es passiert lediglich, dass die I²R-Verluste durch den Innenwiderstand des Packs etwas mehr Wärme erzeugen, so dass der Gesamtwirkungsgrad etwas geringer ist, wenn viel Strom gezogen wird. Es gibt nichts, was dem Spannungsabfall bei einer Blei-Säure-Batterie bei moderaten Entladeraten ähnelt, da selbst wirklich kleine und billige Lithiumzellen bequem viel mehr Strom liefern als eine Blei-Säure-Autobatterie (daher gibt es lithiumbetriebene Starthilfepacks in Taschengröße, die einen Motor problemlos starten).

 

Es gibt nichts, was dem Spannungsabfall bei einer Blei-Säure-Batterie bei moderaten Entladeraten gleicht, da selbst wirklich kleine und billige Lithiumzellen problemlos viel mehr Strom liefern als eine Blei-Säure-Autobatterie (daher gibt es Lithium-Booster-Packs in Taschengröße, die einen Motor problemlos starten können).

Das wusste ich nicht.
Vielen Dank

 

Wir wissen, dass Lithiumbatterien hohe Entladeraten unterstützen können, aber wir wissen auch aus der Forschung, dass die Lebensdauer in gleicher Weise beeinträchtigt wird, wie sich hohe Ladegeschwindigkeiten von 2C und mehr nachteilig auf die Lebensdauer auswirken. Motor- und Antriebswirkungsgrade sind extrem hoch, daher schlage ich einfach vor, dass die reduzierte Reichweite möglicherweise mehr mit der Batterieleistung als mit den Antriebskomponenten zu tun hat, aber ich habe keine Kurven der Entladerate im Vergleich zur Kapazität gesehen.

Eines weiß ich: Wenn ich in den Eco-Modi fest auf das Gaspedal trete, erhalte ich blinkende Warnungen auf dem Armaturenbrett!

 

Der effektive Innenwiderstand von Lithiumzellen ist sehr gering, viel geringer als der Widerstand all der Dinge, die die Batterie versorgt. Am Beispiel eines Tesla Model 3 LR-Akkus (nur weil die Daten verfügbar sind) hat jede Zelle einen Innenwiderstand von etwa 12 mΩ, und es gibt 46 Zellen parallel in jeder Zellgruppe, was einen effektiven Zellinnenwiderstand von 0,2609 mΩ ergibt. Es gibt 96 Zellgruppen in Reihe, was einen Gesamtinnenwiderstand des Akkus von ~25 mΩ ergibt.

Ich habe TeslaMate mit meinem Model 3LR betrieben, und die höchste Leistung, die ich jemals aufzeichnen konnte, betrug etwa 235 kW, und das auch nur für vielleicht 2 Sekunden (bei der Leistungsstufe erreicht das Auto die gesetzliche Höchstgeschwindigkeit recht schnell). Die typische Batteriespannung beträgt etwa 355 V, was einem Batteriestrom von ~662 A entspricht. Die I²R-Verluste der Batterie betrugen in diesen paar Sekunden etwa 11 kW. Die Kombination aus Motoren und Wechselrichtern hat bei dieser Leistungsstufe einen Wirkungsgrad von etwa 85 % (bei niedrigeren Leistungsstufen sind sie viel besser, bis zu etwa 94 % Wirkungsgrad), so dass die Verluste in den Motoren/Wechselrichtern etwa 35 kW betragen würden.

Bei Verwendung sinnvollerer Zahlen beträgt der durchschnittliche Strom aus dem Akku etwa 50 A, und bei diesem Strom würden die I²R-Verluste des Akkus nur etwa 63 W betragen, während die Motoren/Wechselrichter einen Wirkungsgrad von etwa 94 % hätten, so dass ihre Verluste 1,065 kW betragen würden, was massiv höher ist als die Innenwiderstandsverluste des Akkus.

 

Ich frage mich, ob wir hybride Motoren mit kapazitiver Reaktanz/magnetischer Reluktanz sehen werden.

 

ICE-Autos haben uns alle darin geschult, einen schweren Gasfuß zu vermeiden, wenn wir sparsam fahren wollen. Stark beschleunigen und die Drehzahl ist hoch.

Die meisten Leute scheinen überzeugt zu sein, dass dies auch für E-Autos gilt.

Aber warum? Offensichtlich spielt die Geschwindigkeit eine Rolle. Und die Rekuperation ist nicht 100 %.
Aber ist die Beschleunigung selbst "teuer" in Bezug auf die Effizienz? Wenn Sie beabsichtigen, 60 mph zu fahren, entstehen dann Kosten, um diese Geschwindigkeit in 5 Sekunden statt in 15 Sekunden zu erreichen?

Was würde im Motor passieren, um Ineffizienz zu verursachen?

Es ist "anders" als bei Verbrennern, hier die ganze Wahrheit, wenn Sie die Meisterklasse wollen:

Getting that bit more range from donald-style driving.

I am using a generalised efficiency map from a public document here, it is quite representative of a lot of motors/inverters, obviously there will be variation. You will notice it is rpm versus torque. Bear in mind the highest point of the torque is the maximum power, so for example at 1000rpm...

www.speakev.com

 

Es ist 'anders' als ICE, hier die vollständigen Informationen, wenn Sie die Meisterklasse wollen;-

Getting that bit more range from donald-style driving.

I am using a generalised efficiency map from a public document here, it is quite representative of a lot of motors/inverters, obviously there will be variation. You will notice it is rpm versus torque. Bear in mind the highest point of the torque is the maximum power, so for example at 1000rpm...

www.speakev.com

Donald,
ich praktiziere, was Sie predigen, und glaube, dass es sich in Bezug auf die Effizienz auszahlt.

In meinem Golf beschleunige ich, wenn möglich, bei Leistungsstufe 1, von der ich aus Erfahrung weiß, dass sie 5 mls/kWh ergibt. Ich kann diese Einstellung bis zu etwa 50 mph halten, und dann beginnt der Luftwiderstand zu wirken.
Ich habe keine Ahnung, wie die Leistungsstufe, die ich sehe, mit dem Drehmoment zusammenhängt, das ich nicht sehen kann, und frage mich daher, wie dies auf der Drehmoment-/Geschwindigkeitskarte aussehen würde.

 

Toller Faden. 👍👍👏