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Wo sind die verlorenen kWh hin?

Tesla Model 3, Tesla Model S, Tesla Model X
Themenstarteram 8. Juni 2018 um 16:52

Etwas was ich mich als neuer und unerfahrener Elektrofahrzeugfahrer gefragt habe, ist: Wieso steht mir nicht die gesamte Batteriekapazität zur Verfügung? Bei einem Verbrennerfahrzeug kann man sofort anhand des Tankinhalts und des Verbrauchs die Reichweite berechnen. Dies geht mMn bei Elektrofahrzeugen aus mehreren Gründen nicht so einfach. Hier meine (nicht vollständige) Liste der Ursachen, die zu einer "versteckten" Reduzierung der verfügbaren Kapazität führen können.

1) Die Batterieangaben (zumindest bei Tesla) entsprechen nicht den tatsächlich vorhandenen Batteriekapazitäten.

Hier stehen einige tatsächlich vorhandenen Kapazitäten von Batterien im Neuzustand:

https://electrek.co/2016/12/14/tesla-battery-capacity/

Dabei ist zu unterscheiden zwischen den "total full pack" Werten und den "usable full pack" Werten. Tatsächlich stehen nur die "usable full pack" Kapazitäten zur Verfügung.

2) Natürliche Degradation der Batterie. Darüber wurde hier schon viel geschrieben. Die meisten wissen darüber Bescheid, wenn sie sich eine Elektrofahrzeug zulegen, dass mit der Zeit und der Laufleistung die Batteriekapazität abnehmen wird. Der genaue Verlauf der Degradation last sich jedoch nicht einfach beschreiben, hängt von vielen bereits diskutierten Faktoren ab und ist nicht einmal für das eigene Fahrzeug eindeutig zu bestimmen.

3) Die Vampire-Verluste.

https://electrek.co/.../

Wenn der Wagen in P steht, dann wird die verbrauchte Kapazität nirgendwo angezeigt, obwohl mehrere Verbraucher (Heizung, Radio, Licht, GSM...) die Kapazität verringern können. Vor allem über nach ist dieser Effekt am besten zu beobachten. Die vorhandene Reichweite sinkt, obwohl die verbrauchte Energie seit dem letzten Laden sich in der Anzeige nicht verändert.

4) Wärmeverlust in der Batterie. Im Gegensatz zu einem Verbrennerfahrzeug, ist die Reichweite eines Elektrofahrzeugs (auch unabhängig von den vorher genannten Punkten) nicht nur vom Verbrauch und der Anfangskapazität abhängig, sondern auch vom Wärmeverlust in der Batterie während der Fahrt. Im Vergleich zum Verbrenner, kann man sich das so vorstellen, als würde der Benzintank schrumpfen, wenn man dem Motor mehr Leistung abverlangt. Tatsächlich wärmt sich die Batterie bei jeder Energieentnahme auf, und zwar in Abhängigkeit davon wieviel Energie man pro Zeiteinheit aus der Batterie rausholt oder rein gibt (also rekuperiert). Um eine maximale Kapazitätsentnahme zu erreichen muss man möglich lastfrei fahren, d.h. weder stark beschleunigen, noch Berge hochfahren, noch stark rekuperieren. Ich stelle mir das so vor, dass die Elektronen sich möglichst langsam und gleichmässig bewegen sollten.

Dieser Thread soll dazu führen, das Verständnis der vorhandenen bzw. entnehmbaren Batteriekapazität zu erweitern. Wie bereits geschrieben ist die Liste nichts anderes als eine Zusammenstellung dessen, was ich in diesem und in anderen Foren darüber gelernt habe.

 

32 Antworten

Zitat:

@chrisschorsch schrieb am 8. Juni 2018 um 16:52:52 Uhr:

2) Der genaue Verlauf der Degradation last sich jedoch nicht einfach beschreiben, hängt von vielen bereits diskutierten Faktoren ab und ist nicht einmal für das eigene Fahrzeug eindeutig zu bestimmen.

Wer wissen möchte wie weit die Degradation bei der eigenen Batterie fortgeschritten ist und die nötige Zeit aufbringt, kann diese halbwissenschaftlich mit dieser Methode ermitteln:

https://www.youtube.com/watch?v=avGUGFrLrVc

Themenstarteram 8. Juni 2018 um 18:34

Danke Martin. Björn hat, wie er es in dem Video erwähnt, 2 Videos dazu gedreht. Eines, als die Batterie ganz neu war (Ersatzbatterie in seinem Fall)

https://www.youtube.com/watch?v=Ij6NTait0F0

und das von dir verlinkte nach 35tkm. Im ersten Video kann er genau 81.9kWh aus der Batterie entnehmen. Das deckt sich wunderbar mit den Werten von Jason Hughes (electrek link oben)

90D/P90D – ~85.8 kWh total capacity, 81.8 kWh usable

von 81.8kWh maximal entnehmbare Kapazität einer neuen 90er Batterie.

Wenn man nun nicht TeslaFi oder VisualTesla etc. zur Hand hat, dann möchte man trotzdem wissen, von welcher max. entnehmbare Kapazität das BMS momentan ausgeht. Dazu kann man einfach die Batterie auf eine gewisse Prozentzahl aufladen und wenn der Ladevorgang zuende ist, dann kann man diese vom BMS abgeschätzte Kapazität berechnen, indem man die angezeigte Reichweite durch die angezeigte Prozentzahl teilt und dann mit dem Durchschnittsverbrauch (für typical range) mal multipliziert. Bei mir bspw: 256km/60%*186Wh/km= 79.05kWh

Die von dem BMS zugrunde gelegten Verbräuche (typical range) kenne ich leider nicht für alle Modelle. Hier diejenigen, die mir bekannt sind:

Model S FL 90D und 75D: 186Wh/km (dieser Wert war mal 182Wh/km)

Model S FL 75RWD: 189Wh/km

Aus Björns Video

Model X P90D: 210Wh/km

Bin mir nicht sicher inwieweit der Range Mode On diesen Wert überhaupt beeinflusst. Bei mir sind es vielleicht 3km Differenz bei 100%.

Wie Björn allerdings in seinem Video erklärt, kann man sich leider nicht auf der vom BMS ermittelten maximal entnehmbaren Kapazität verlassen. Deswegen dient seine Methode viel eher dazu diesen Wert zu ermitteln.

Themenstarteram 8. Juni 2018 um 19:07

Nachtrag:

Ich versuche mal die Punkte oben in tatsächlich verlorenen kWh (bzw km Reichweite) anzugeben:

2) Degradation: in meinem Fall kann ich nur die ungenaue Messung mittels BMS angeben, da ich weder Zeit noch Lust habe Björns Eichmessung durchzuführen. Batterie neu (90D) 81.8kWh. Batterie jetzt nach fast 79.05kWh. Verlust 2.75kWh (3.4%) oder 15km.

3) Vampire Verlust liegen bei mir typischer Weise bei ca. 6km am Tag oder 1.1kWh. Standheizung im Winter verbraucht zwischen 15-20km Reichweite oder 2.8-3.7kWh. Im Auto 30 Minuten sitzen (mit Radio) ca. 3km oder 0.5kWh.

4) Wärmeverlust in der Batterie. Bei mir auf der AB mit max. 130km/h un (sehr wichtig) defensiver Fahrweise ca. 5%. Das wären also maximal (von 100% auf 0%) in meinem Fall 4kWh oder 21km.

am 8. Juni 2018 um 21:13

Und die Akkudegredation macht sich auch in dem Fall aus dem anderen Thread bemerkbar? Ich hätte gedacht, dass das bei einen recht neuen Akku noch nicht bei 90% zu spüren ist.

 

In Fall aus dem anderen Thread hat er ja rund 73 Kilometer Verlust über 2 Nächte und offenbar halbwegs moderater Fahrweise. Das ist dann ein beachtlicher Schwund von etwa 20% - auch wenn ich hier jetzt wieder als kleinkariert hingestellt werde. Dazu kommt dann noch der Ladeverlust. Also sollte man damit rechnen, dass man mindestens 30% mehr lädt als man verfährt - oder wie siehst Du das?

Themenstarteram 8. Juni 2018 um 22:24

Zitat:

@derJan82 schrieb am 8. Juni 2018 um 21:13:22 Uhr:

Und die Akkudegredation macht sich auch in dem Fall aus dem anderen Thread bemerkbar? Ich hätte gedacht, dass das bei einen recht neuen Akku noch nicht bei 90% zu spüren ist.

7 Monate und 16tkm sind nicht neu, da kann man bereits eine gewissen Degradation spüren. Die Degradation setzte bei mir bei etwa 10tkm (4 Monate) richtig ein. Davor habe ich davon nichts bemerkt. Dann ging es sehr deutlich runter bis ca. 25tkm (8 Monate). Seit dem geht es wieder deutlich langsamer fast nicht bemerkbar runter.

Zitat:

In Fall aus dem anderen Thread hat er ja rund 73 Kilometer Verlust über 2 Nächte und offenbar halbwegs moderater Fahrweise. Das ist dann ein beachtlicher Schwund von etwa 20% - auch wenn ich hier jetzt wieder als kleinkariert hingestellt werde. Dazu kommt dann noch der Ladeverlust. Also sollte man damit rechnen, dass man mindestens 30% mehr lädt als man verfährt - oder wie siehst Du das?

Der Vampire-Verlust hat nichts mit der Nacht zu tun, da die Verbraucher sicherlich auch am Tag laufen. Es gab bei mir auch Tage, da war der Vampire-Verlust besonders hoch, vielleicht gab es da viel Download/Upload, keine Ahnung. Zumindest sind auch 12km am Tag kein Grund sich Sorgen zu machen. 35km über 3 Tage wären schon eher ungewöhnlich.

Nehmen wir mal an @Audiotourist hat bei seiner 90er Batterie eine Degradation von 3%. Dann stehen ihm also max. 79.3kWh zur Verfügung. Bei wirklich 90% Ladung sollte er also 71.4kWh haben. In 3 Tagen schätze ich den Vampire-Verlust mit 4-5kWh ab. Ihm sollten also für seine Fahrt zwischen 66.5 und 67.5kWh zur Verfügung stehen. Bei einer defensiven Fahrweise kann man mit 5% Wärmeverlust in der Batterie rechnen, d.h. tatsächlich hätte er während der Fahrt nicht nur 52.7kWh, sondern aufgrund von Wärme 55.3kWh der Batterie entnommen. Jetzt kommen wir zu der Unbekannten. Sein BMS zeigt ihm 38km Restreichweite an. Wieviel % entspricht das? Keine Ahnung mit welchem Durchschnittsverbrauch der S P90D rechnet, deswegen weiss ich auch nicht wieviel Restkapazität da noch in der Batterie drin ist. Bei 190Wh/km wären es 7.2kWh. Addiert man diese zu den 55.3kWh, dann ergeben sich 62,5kWh. Dadurch sinkt der, aus den Angaben von Auditourist, für mich nicht zu erklärende Verlust auf nur noch 4-5kWh. Das entspricht dann vielleicht 25km.

Diese 25km Abweichung sehen für mich nicht unbedingt nach fehlerhafter Batterie aus, sondern eher nach Unsicherheiten in den Annahmen. Jeh nach Ladeverhalten kann nach 16tkm auch das BMS durchaus von den beiden Enpunkten ein gutes Stück entfern sein.

Zitat:

@chrisschorsch schrieb am 8. Juni 2018 um 22:24:29 Uhr:

Die Degradation setzte bei mir bei etwa 10tm (4 Monate) richtig ein. Davor habe ich davon nichts bemerkt. Dann ging es sehr deutlich runter bis ca. 25tkm (8 Monate). Seit dem geht es wieder deutlich langsamer fast nicht bemerkbar runter.

Das deckt sich auch mit den Messwerten der Teslafahrer, die ihren Batteriezustand in einem gemeinsamen Google-Spreadsheet aufzeichnen. Daraus kann man erkennen, dass es Anfangs gleich mal um 5% runtergeht und dann lange sehr stabil bleibt:

https://electrek.files.wordpress.com/.../...4-14-at-2-54-02-pm.jpg?...

Man muss über 300.000km fahren, damit man mehr als 10% Kapazität verliert.

Themenstarteram 8. Juni 2018 um 23:34

Zitat:

@derJan82 schrieb am 8. Juni 2018 um 21:13:22 Uhr:

 

Das ist dann ein beachtlicher Schwund von etwa 20% - auch wenn ich hier jetzt wieder als kleinkariert hingestellt werde. Dazu kommt dann noch der Ladeverlust. Also sollte man damit rechnen, dass man mindestens 30% mehr lädt als man verfährt - oder wie siehst Du das?

Das hatte ich fast übersehen. Wenn du das in Ladeverlust umrechnest, dann hast du natürlich recht. Der Ladeverlust kann natürlich auch 100% sein, wenn man den Wagen nur lange genug stehen lässt. Schaltet man allerdings alle Verbraucher aus (bei Standzeit vor allem GSM) dann kann man den Vampire-Verlust deutlich verringern (aber wer will schon auf den komfortablen App-Zugriff verzichten?).

Wenn man wenig oder gar keine Standzeit hat, dann sieht die Sache schon anders aus. Schau dir nochmals mein Beispiel aus dem Reichweitenthread an (Foto).

Fast 100% aufgeladen laut BMS 364km Reichweite. Das entspricht bei 189Wh/km 68.8kWh, also einer Degradation von 5.2% nach einem Jahr und 40tkm. Am Ziel hatte ich dann 49.4kWh verbraucht und hatte noch 24% oder 16.5kWh Restkapazität. Das macht dann etwas über 5% Wärmeverlust. Wenn du da noch die Ladeverluste draufrechnest, dann sind es halt 15%, also nur halb soviel wie in dem Fall oben.

Img-0154

Der Verlust durch Standkühlung fehlt noch in deiner Liste.

Und die "vorhandenen bzw. entnehmbaren Batteriekapazität" ist software-beeinflusst.

* Das BMS kann die zulässige Depth of Discharge temporär oder dauerhaft ändern,

* ein Nutzer kann die obere Ladegrenze anders festlegen,

* die Kapazität kann vor einer Balancierung aus der schlechtesten, mittlere oder besten Zelle berechnet werden und nach einer Balancierung wieder aus der schlechtesten = mittleren = besten Zelle.

* das TMS der Batterie braucht Energie (z.B. durch Lüfter, Pumpen, Widerstandsheizer, Klimakompressor in klassischer Wirkung oder umgedrehter Wirkung als Wärmepumpe), aber es kann auch Kapazität bringen, wenn es die Zellen in einen günstigeren Temperaturbereich bringt

Wird das BEV älter oder hat länger gestanden: Bei ungleicher Entladung/Alterung/Degradation der Zellen ist die Gesamtkapazität ein nicht-triviales Problem, was man da in einem UI ausweist.

Und die entnehmbaren kWh sind auch noch abhängig von der Entladerate in C.

Zitat:

Bei einem Verbrennerfahrzeug kann man sofort anhand des Tankinhalts und des Verbrauchs die Reichweite berechnen.

Auch da geht durch Kraftstoffverdunstung was weg, die Batterie entlädt sich durch elektrische Standbyverbraucher und muss dann wieder geladen werden, eine kraftstoffbetriebene Standheizung (wenn verbaut) verbraucht direkt Kraftstoff. Der Kraftstoff-Verbrauch an sich ist durch Komplexitäten im Motorwirkungsgrad (-> Muscheldiagramm) und Getriebeabstimmung und Fahrwiderständen eine ziemlich komplexe Angelegenheit mit vielen Einflüssen.

Und ist das "Verbrennerfahrzeug" eigentlich ein Hybrid, hat das Fahrzeug Einflüsse beider Welten.

Themenstarteram 10. Juni 2018 um 20:30

Wo auch immer die kWh verbraucht oder verloren gehen. Das BMS setzt nach jedem Ladevorgang die entnehmbare Kapazität fest und berechnet diese ständig während der Fahrt. Ich würde mir wünschen, dass die verbrauchte Energie seit dem letzten Ladevorgang als Differenz zwischen der entnehmbaren Kapazität nach dem Ladevorgang und der momentanen Restkapazität angezeigt werden würde. Das BMS könnte diese Werte liefern. Ich würde auch mit einer höheren Verbrauchsanzeige leben können, wenn diese nachweislich näher an die Realität rankommt. Vielleicht etwas, was man sich für V9.0 (kommt jetzt angeblich in August) wünschen könnte zusammen mit der Durchschnittsgeschwindigkeitsanzeige.

Nachtrag:

Perfekt funktionier das BMS aber auch nicht, da ja bereits Fahrzeuge mit Restreichweiten über Null stehengeblieben sind, wonach sich das BMS rekalibriert hat.

Wie immer: Wenn man konkret und genau diese Energiemenge messen will, muss man mit externen Sensoren der gewünschten Genauigkeit rangehen.

Wer also kWh messen will, die aus der HV-Batterie eines Teslas rausgehen (egal wofür) wird einen Stromsensor und einen Spannungsmesser und einen Zeitmesser brauchen (alle in der gewünschten Genauigkeit) und das aufintegrieren müssen.

Energiemenge E = P * t = U * I * t.

Und das an einem "Haupt-DC-Anschluss" der Batterie.

Zumindest alles, was aus dem HV-Akku konkret als elektrische Energie wieder rausfloss (Inverter+E-Motoren, Heizung/Kühlung, Bordnetz samt aller Standby-Verbraucher) hätte man damit erfasst. Nur mit externen Sensoren hat man diese Messmöglichkeit, ohne auch nur irgendwie von den Tesla-kontrollierten Komponenten abhängig zu sein. Es gibt Präzisions-Energiemengenzähler für sowas. Wer das im Bordnetz auch noch aufteilen will auf die Verbraucher wird sogar mehrere davon an versch. Messpunkten brauchen.

Den Teil, den man damit nicht messen kann: die Veränderung der Batterie selbst z.B. infolge der Temperatur (Kälte, Wärme), Selbstentladung oder aufgrund hoher Entladeströme.

Ich verstehe deinen Wunsch aber eher in die Richtung, dass Tesla seine Informationen aus dem internen Energiemanagement des Fahrzeugs besser analysierbar machen soll. Das braucht halt erstmal Vertrauen in die Sensorik und Berechnungen an sich.

Wenn eine Tesla Sw-Entwicklung aber mal festgelegt hat: wir rechnen bestimmte Energiemengen nicht in den angezeigten Verbrauch mit rein, naja dann kannst du zwar deinen frommen Wunsch äußern, aber wieviele andere Nutzer wissen das denn positiv zu schätzen? Denn dann würden die sich schon Fragen stellen und ggf. auch kritisch bei Tesla nachfragen.

Bjorn Nyland hat doch schon auch mit diversen Apps rumgespielt, wo er Daten aus dem Energiemanagement / BMS tiefer dargestellt hatte. TeslaFi, Visual Tesla wurden oben schon genannt, TM Spy kenne ich noch.

Zitat:

Perfekt funktionier das BMS aber auch nicht, da ja bereits Fahrzeuge mit Restreichweiten über Null stehengeblieben sind, wonach sich das BMS rekalibriert hat.

Gerade deshalb sollte man ja keinem BMS trauen, wenn man eine wie auch immer geartete "Wahrheit" ermitteln will. BMSe sind immer auch ein Stückweit "Schätzeisen". Und Restreichweitenrechner an sich auch, weil der künftige Verbrauch ja auch von fahrergesteuerten Parametern abhängt.

In letzter Konsequenz müsste Tesla für eine echte Nachvollziehbarkeit eine Menge Formeln aus ihren implementierte Berechnungen veröffentlichen, und etliche Informationen über internen Aufbau und Wirkung und Arbeitsweise von BMS und TMS und Restreichweitenschätzer. Das verlangt dann schon eher Elektro-Ingenieure als Abnehmer. Die gewünschte Simplizität des UI wäre damit in Frage gestellt. Wenn also kommt sowas als Extra-Modus wie ein "Expert Mode" für die Fehlerdiagnose durch Tesla oder seine Service Center, "Factory Mode" oder wie auch immer das dann heißt.

Teslab könnte noch was interessantes für dich sein.

https://www.youtube.com/watch?v=bHgT1m8e7ac

am 11. Juni 2018 um 7:39

Ich denke wir alle wissen wie man elektrische Arbeit misst. Auch werden wir alle verstehen, dass sich das Fahrzeug im Stand bei aktivierter Klimaanlage oder Heizung am Akku bedient. Zudem verstehen wir alle die Probleme bei Darstellung und Berechnung, die sich durch die Akkutemperatur ergeben - ohne da jetzt im Detail erneut drauf einzugehen.

Interessant ist hingegen, dass ein Energiesparmodus des Systems oder eine aktive Mobilfunkverbindung bei einem 106 kWh Akku überhaupt eine Rolle spielt - das ist bei unseren Steuerungssystemen anders und spielt schlichtweg keine Rolle.

Möglicherweise bedingt die eine oder andere Funktion den Betrieb von Dingen, welche nicht in Betracht gezogen werden.

Themenstarteram 11. Juni 2018 um 10:37

Zitat:

@derJan82 schrieb am 11. Juni 2018 um 07:39:49 Uhr:

 

Interessant ist hingegen, dass ein Energiesparmodus des Systems oder eine aktive Mobilfunkverbindung bei einem 106 kWh Akku überhaupt eine Rolle spielt

Hier steht 102.4kWh total und 98.4kWh usable.

https://electrek.co/2017/01/24/tesla-teardown-100-kwh-battery-pack/

Mich würde noch interessieren, was bei dir als technical range bei 100% angezeigt wurde (als die Batterie noch neu war, also bei deinem ersten Mal aufladen auf 100%). Wenn das BMS beim 100D auch mit 186Wh/km rechnet dann sollten es 529km sein. Habe aber von anderen gehört, dass deutlich weniger angezeigt wurde. Warte mal auf deine Antwort, bevor ich jetzt rechne...

 

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