Wirkungsgrad Rekuperation

Hi

ich konnte es nicht sein lassen und bin heute, nach 13h spannender Arbeit, noch etwas im Tesla rumgekurvt - aber natürlich „im Dienste der Wissenschaft“ :smiley:

Und zwar ging es mir um die hier geäusserten Gedanken, wie hoch der Wirkunggrad der Rekuperation denn sein könnte: viewtopic.php?f=22&t=4600&p=64472

Also bin ich von meinem Wohnort Fehren nach Breitenbach gefahren: google.com/maps/dir/Fehren,+Steinenbühlhöhe,+Switzerland/Landgasthof+Weisses+Kreuz,+Fehrenstrasse+1,+4226+Breitenbach,+Switzerland/@47.4012052,7.546556,14z/data=!3m1!4b1!4m14!4m13!1m5!1m1!1s0x4791c57ffcadbb6b:0x914c649ddae902cb!2m2!1d7.583517!2d47.394218!1m5!1m1!1s0x4791c5b26c0707ad:0xb900d19cf5f7bf9e!2m2!1d7.543955!2d47.408252!3e0

Fehren liegt 234m höher als Breitenbach.

Strecke | kWh-Stand

  1. Strecke F->B | -0.8
  2. Strecke B->F | 1.2
  3. Strecke F->B | 0.5
  4. Strecke B->F | 2.5

Daraus ergibt sich:

Strecke | Verbrauch kWh

  1. Strecke F->B | -0.8
  2. Strecke B->F | 2
  3. Strecke F->B | -0.7
  4. Strecke B->F | 2

Die Strecke bin ich praktisch konstant mit 50km/h gefahren. Wenn ich dafür 120Wh/km bei ebener Strecke ansetze, entspricht dies einem Rekuperationswirkungsgrad von 0.82 auf der ersten, 0.76 auf der zweiten Wiederholung.

Könnt ihr die Zahlen so nachvollziehen? Natürlich wäre die gleiche Messung bei verschiedenen Durchschnittstempi auch ganz interessant :slight_smile:

Viele Grüsse
Raphael

Hallo Raffael

Wie kommst du genau auf die 0.82?

Müsste bei einem 100% Wirkungsgrad nicht die Batterie wieder der gleiche Stand haben wie zu Beginn? So wäre der Wirkungsgrad eher 0.8kWh/2kWh = 0.4

Hier hat es auch noch einen interessanten Artikel:
teslamotors.com/fi_FI/blog/ … ve-braking

Da sagen sie dass wenn der Wirkungsgrad von Batterie zum Rad (battery to wheel) 80% ist, kann er bei der Rekuperation (Batterie->Rad->Batterie) maximal 80%*80%=64% sein.

Viele Grüsse
Flo

Da geht es aber nicht um das aktuelle Model S, schau mal aufs Datum des Blogposts!

Gruß Mathie

Der Reku-Wirkungsgrad liegt so um die 75%. Bedenkt bitte die uralte Bergfahrer-Regel, die grob für alle EV gilt:

100 Höhenmeter bergauf kosten ca. 4 km (typische) Reichweite.
100 Höhenmeter bergab bringen ca. 3 km (typische) Reichweite zurück.

Belegt durch Akku- und EV-Funde seit der Steinzeit. Theoretisch bestätigt durch Physiker von Isaac Newton über Albert Einstein bis zu Stephen Hawking.

Es geht aber nicht um den Wirkungsgrad eines Autos auf der Straße, sondern um den Wirkungsgrad der Rekuperation.
Deiner Annahme nach wäre der Wirkungsgrad deutlich größer als 100%, denn die Verluste durch Luftwiderstand und Rollreibung heben sich ja nicht auf.

Daher nimmst Du den Verbrauch in der Ebene an und setzt dazu den Mehrverbrauch bergauf und den Minderverbrauch bergab in Relation. Und selbst dann gibt es noch Variablen, wie Stärke der Reku bergab (0-60 kW) oder Stärke der Beschleunigung bergauf, Änderung der Temperatur der Systeme usw…

Grundsätzlich muss man drei Energiewege berücksichtigen. DIe wären:
1 Batterie -> Fahrzeug (kinetische Energie), beim ersten Beschleunigen
2 Fahrzeug -> Batterie, beim rekuperieren der eingesetzten Energie
3 Batterie -> Fahrzeug, um die zurück gewonnene Energie wieder in Form von Vortrieb zu nutzen

Dabei werden drei Wirkungsgrade multipliziert, wobei 1 und 3 identisch sind. 2 vermutlich eher geringer wegen der Erregung des Asynchronmotors.
Wir müssen also überlegen, was wir als Wirkungsgrad der Reku benennen wollen. DIe komplette Kette, die ja beim fahren zuschlägt wenn man mit der rekuperierten Energie nicht gerade den Innenraum heizen will :wink:
Oder eher theoretisch nur den Weg 2.

Wieso sollte es mehr als 100% sein? 100% Wirkungsgrad sind theoretisch wenn es keinen Luftwiderstand und Rollreibung gibt.
Meine Rechnung macht nur Sinn wenn man wieder zum Ursprungsort zurückkehrt, und somit die potentielle Energie wieder auf gleichem Niveau ist.

Ja, der zweite waere relevant.

Sorry, aber Wirkungsgrade anhand von solch groben Faustregeln zu berechnen halte ich für nicht besonders sinnvoll.

Aber selbst genaue Rechnungen sind u.u. nicht richtig…
Wir können es eh nicht ändern und beeinflussen :frowning:

Einziger Fakt ist, dass man weniger zurück bekommt als man vorher reinsteckt.

Gruss

Mario

Genau. Da sind wir uns einig.

Hier geht es aber nur um den Wirkungsgrad der Reku.

Mit dieser Rechnung beziehst Du aber den Verbrauch durch Luftwiderstand und Rollreibung mit ein. Da kann aber die Reku nichts dazu, dass es die gibt.
Wenn man unter dieser Betrachtung Deine Rechnung auf 1.0 skaliert wäre man bei über 100% Wirkungsgrad, weil ja die Energie für Luftwiderstand und Rollreibung aus dem nichts käme. So meinte ich das :wink:

Guter Punkt zuerst mal klarstellen von was wir überhaupt sprechen :slight_smile:

Ob meine Gesamtrechnung wirklich wissenschaftlicher durchhält kann ich nicht beurteilen.

Aber für mich war es anschaulicher das Gesamtbild zu nehmen, d.h. etwas das ich greifbar jemandem ohne technische Kenntnisse erklären kann.

Nein, sicher nicht. Ich habe ja genau dokumentiert, was ich wie gemessen und daraus gerechnet habe. Das Auto braucht ja auch in statischer Vorwärtsfahrt Energie - Luft-, Roll- und interne Widerstände. Die muss man natürlich von der Reku-Teststrecke abziehen, wenn man wissen will, wie viel der bei der Bergfahrt verbrauchten Zusatzenergie auf der Talfahrt wieder zurückgewonnen wurde.

Nein hast du nicht. Mit welcher Formel kommst du auf 0.82?

Aber grundsätzlich hatten wir das Missverständnis dass ich nicht nur den Rekuperationswirkungsgrad sondern den gesamten Wirkungsgrad in Betracht gezogen habe (Batterie-Rad-Batterie).

Klar ist es unmöglich einen 100% Wirkungsgrad wegen Luftwiderstand etc. zu erreichen.

Doch, habe ich, aber scheinbar hatte ich die Distanz vergessen hinzuschreiben (4km pro Weg):

Die Rechnung: Ich hätte für die 8 km bei 120Wh/km (50km/h) im Flachen 0.48 kWh verbraucht. Ich habe rauf aber 2 kWh verbraucht, also 1.52kWh mehr als im Flachen. Davon konnte ich runter 0.8 resp. 0.7kWh zurückgewinnen, wobei hier im Flachen ja ebenfalls 0.48 kWh verbraucht worden wären.

Das ist ein eta von ca. 0.8 resp. 0.7.

Jetzt klarer?

70-80% sind in jedem Fall ein super Wert. :slight_smile:

Hallo Raphael,
ich habe mir diesen Thread im Zusammanhang mit dem Gastkommentar aus der Wiener Zeitung letzte Woche (wurde hier ja auch diskutiert) nochmal genauer angeschaut und ich denke mindestens eine deiner Annahmen ist falsch.
Bei der Bergabfahrt gehst du davon aus dass im Flachland 0,48kWh Verbrauch angefallen wären. Diese 0,48kWh schlägst du auf auf den negativen Verbrauch bei der Bergabfahrt auf und kommst so auf deine ~80% Wirkungsgrad. Die 0.48kWh müssen aber ja bei der Bergabfahrt eben nicht aufgewendet werden. Im Leerlauf ohne Reku wärst du ja (unter Nutung der mechanischen Bremse) im Tal nicht mit 0,48kWh Verbrauch sondern mit 0kWh Verbrauch angekommen.
Ich denke wir sollten versuchen den Wirkungsgrad (oder die Wirkungsgrade) der Rekuperation nochmal genau zu definieren.

Definition 1: Ich nenne das mal den „äußeren Wirkungsgrad“
Wenn ich für eine Strecke bergauf x kWh benötige und davon auf der Bergabfahrt y kWh zurückgewinne ist mein Wirkungsgrad y/x. Damit kämen wir bei deinen Zahlen auf etwa 30%. Dabei wird jedoch vernachlässigt, dass nicht die gesamten x kWh für das Überwinden der Steigung genutzt wurden. Ein Teil geht ja in die Überwindung anderer Verluste und lässt sich nicht zurückgewinnen. Dieser Faktor verfälscht die Berchnung des Reku-Wirkungsgrades. Intuitiv und von außen betrachtet würde man aber im ersten Moment diese Zahl sehen, auch einem Laien ist diese Zahl vermutlich am einfachsten zu erklären.

Definition 2: Ich würde das den „effektiven Wirkungsgrad“ nennen
Für eine Strecke bergauf benötige ich x kWh, davon gewinne ich bergab y kWh zurück. Für die gleiche Strecke im Flachland würde ich 2z kWh benötigen (Hin- und Rückfahrt). Ohne Reku würde mich die Strecke x kWh kosten, also x-2z kWh mehr aufgrund der Steigung. Durch die Reku ist mein effektiver Verbrauch jedoch x-y kWh. Der Wirkungsgrad der Reku ergäbe sich dann als y/(x-2z) und wäre etwas kleiner als nach der von dir genutzten Formel (y+z)/(x-z).

Grundsätzlich ist es ja so, dass durch Rekuperation überschüssige Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Insofern sollte bei diesen Rechnung die dadurch wieder im Akku gespeicherte Energie als Reku-Gewinn betrachtet werden. Je nachdem ob man den dann gegen den Energieaufwand auf dem Hinweg oder gegen den Energie-Mehraufwand gegenüber gleichförmiger Fahrt ins Verhältnis setzt kommt man zu den 2 oben angegebenen Definitionen.

Natürlich könnte man auch mit der vom Motor jeweils geleisteten Arbeit rechnen und damit die Verluste bei der Entnahme/Einspeisung aus dem Akku herausrechnen, das erscheint mir aber weniger praxisrelevant.

Was hältst du von diesen Überlegungen?

Oliver

Vernachlässigt? Diese Rechnung lässt den Verbrauch bei einer Fahrt ohne Höhenunterschied einfach komplett aussen vor, und das ist grundsätzlich falsch! Wir wollen ja schauen, wie viel der zusätzlich aufgewandten Energie bei der Bergauffahrt bei der anschliessenden Bergabfahrt wieder zurückgewonnen wird. Dass wir von der normalen Fahrenergie, die wir auch bei der Geradeausfahrt gebraucht hätten, nichts zurückgewonnen werden kann ist doch klar, sonst könnten wir ja auch geradeaus mit gezogener Bremse fahren und dabei Energie gewinnen!

Klar, einverstanden. Bergab könnten wir ja sowieso „kostenlos“ rollen.

Richtig wäre also:

Energie der Bergauffahrt x
Zurückgewonnene Energie der Bergabfahrt y
Energie der Gesamtstrecke im Flachen z

y/x-(z*0.5)

Einverstanden?

Viele Grüsse, Raphael

Ich schliesse mich dem Thema mal an weil es mir auch aufgefallen ist. Ich hab das Gefühl das MS rekuperiert relativ mies bzw. ist von der Effizient her alles andere als prickelnd.
Ich hatte ja vorher den Opel Ampera und hier bei uns gehst bei der Autobahnauffahrt erst mal die Belchen Rampe rauf (Restreichweite Opel auf Strom 72km) und dann hinter dem Tunnel erst mal leicht sinkend bis Sissach, dann steigt es wieder bis Aristorf und geht dann bis Pratteln wieder bergab. Mein Ampera hat zwar zu Beginn schon fast 40 % verloren :open_mouth: und dümpelt nur noch bei 35km Reichweite rum wenn ich oben am Tunnel bin, in Pratteln aber bin ich wieder fast voll und hab wieder gut 60km elektrische Reichweite. Mein MS rekuperiert auf gleicher Strecke nicht einmal länger als wenige Sekunden. (Anzeige grün, ansonsten immer orange) Dafür verbraucht es dennoch konstant. Ist der Rollwiederstand beim MS wirklich so massiv höher dass ich da gar nichts mehr effektiv rein bekomme? Ich hab in Pratteln mit dem MS 15km weniger drauf als Ausgang Belchentunnel… Der Opel hat zwar zu Beginn mehr verloren, holt aber auf der Strecke fast alles wieder auf?

Ich denke, Du misst Mist :wink:
Woher nimmst Du die Angaben?

Vom Großglockner der Kaiser Franz Josephshöhe, das ist bereits etwas tiefer als der Gipfel, auf der Kärntner Seite, sind wir mit über 60 Teslas Richtung Salzburg gefahren. Praktisch alle hatten dann, so wie ich 72 km ohne Energieverbrauch zurückgelegt. Das war anlässlich eines Ausflugs der Tesla-Club-Österreich 2016. Model X war da noch keines dabei.