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Essentials - Akkuheizung und Vorheizen der Kabine im Winter

Achtung!

Dieser Beitrag ist noch vorläufig und wird als Wiki angelegt. Jeder mit entsprechender Vertrauensstufe darf diesen Beitrag anpassen. Bitte tut dies mit Bedacht und nur, wenn ihr euch sicher seid.

Bisher bezieht sich dieses Wiki auf die Technik im Model 3, es wäre also angebracht später noch Anpassungen für die Dickschiffe zu machen.

Zum Originaltext und Diskussionen hier lang

Wieviel Energie wird pro Grad Akkutemperatur verheizt? - #45 by pschwed




Wann/Wie wird bei Kälte geheizt?

  • Sowohl Akku als auch Kabine werden geheizt
    • Bei „geplanter Abfahrt mit Vorklimatisierung“ und niedrigen Temperaturen.
    • Bei „Klimaanlage eingeschaltet“ und Fahrzeug verschlossen (App oder Klimamenü)
  • Nur der Akku wird geheizt
    • Bei Navigation zum Supercharger und während des Schnellladens, wenn nötig.
    • Bei allen Ladevorgängen mit (Akku-)Temperaturen unter 7 Grad.
    • Beim normalen Fahrbetrieb und (Akku-)Temperaturen unter -10 Grad. Ansonsten wird im Winter nur die Abwärme, die natürlicherweise in den Motoren entsteht, zu den Akkus weitergeleitet und erwärmt diese langsam.
  • Nur die Kabine wird geheizt
    • Im Camp-Modus.

Ist das Vorheizen bei kalten Außentemperaturen sinnvoll?

  • Das Vorheizen der Kabine ist sinnvoll, solange das Fahrzeug am Lader hängt, weil die Energie dann direkt aus dem Netz genommen wird. Diese Art der Heizung ist verlustfreier und schonender für den Akku. Durch das Vorheizen steigt nicht nur der Komfort, sondern auch die Reichweite im anschließenden Fahrbetrieb, wodurch der Akku zusätzlich geschont wird. Allerdings ist immer kritisch zu hinterfragen, wie lange vorgeheizt werden soll. Da ein Auto in der Regel sehr schlecht wärmeisoliert ist, kann durch langes Vorwärmen auch viel Energie verloren gehen. Wer aus Energiespargründen nicht vorheizen will, kann sich bei Komfortabstrichen mit der Sitzheizung behelfen.

    • Ein Vorheizen der Kabine aus Akkustrom ist energetisch nicht sinnvoll und bringt lediglich Gewinne im Komfort.
  • Ein Vorheizen des Akkus ist nur bedingt sinnvoll.

    • Die Akkuheizung des Model 3 ist sehr ineffizient (Wirkungsgrad im Stand ca. 50%). Je kälter es wird, desto mehr Energie braucht sie für jedes Grad Heizleistung.
    • Die Akkuheizung wird für einen sicheren und schonenden Betrieb bei Temperaturen oberhalb -10 Grad nicht benötigt.
      • Bei moderaten Außentemperaturen (oberhalb -10 Grad), ist eine Entladung der Akkus noch schadlos möglich. Tesla begrenzt bei sehr kalten Temperaturen den Entladestrom automatisch, so dass niemals die Gefahr besteht, den Akku zu überlasten.
      • Zum Aufladen der Akkus werden Temperaturen oberhalb 0 Grad (besser 7 Grad) benötigt. Auch hier limitiert Tesla den erlaubten Ladestrom und die mögliche Rekuperation bei zu kalten Temperaturen automatisch, so dass keine Schäden entstehen. Ist es zu kalt zum Laden, dann wird zuerst und vollautomatisch geheizt, bis ein sicheres Laden möglich ist.
Grenzfälle und Ausnahmen von der Regel
  • Wenn das Auto viel potentielle Energie gespeichert hat (es steht z.B. auf einem Alpenpass und soll ins Tal gefahren werden), dann kann in solchen extremen Situationen ein Vorheizen des Akkus sinnvoll werden, weil dadurch die Rekuperation ermöglicht wird, mit der man die Energie zurückgewinnen kann. Da die Model 3 Akkuheizung aber sehr ineffizient ist und auch die Rekuperation nicht verlustfrei abläuft, wird dieser Fall in der Praxis eher nicht auftreten.
  • Durch den bei Kälte erhöhten Innenwiderstand entstehen erhöhte Entladeverluste (Heat-Loss). Das bedeutet, dass sich ein kalter Akku beim Entladen schneller erwärmt, als ein bereits warmer Akku. Je schneller man entlädt und je kälter es ist, desto mehr fällt dieser Mehrverbrauch ins Gewicht. Allerdings, z.B. bei 0 Grad Akkutemperatur und einer schnellen Autobahnfahrt (0,3C) sollte sich der Mehrverbrauch trotzdem um nur 65W einpendeln. Gerechnet auf 100km sind das weniger als 0,05kWh/100km. Dieser Verlust fällt also im normalen Fahrbetrieb nicht nennenswert ins Gewicht und rechtfertigt keine extra Akkuheizung.

Wann sollte man den Akku also vorheizen?

  1. Wenn die Temperaturen unter -10 Grad fallen. Zwar ist auch dann noch ein Fahrbetrieb möglich, aber nur mit stark begrenzter Leistung. Außerdem wird sofort bei Fahrantritt aktiv zugeheizt, was darauf schließen lässt, dass Tesla diese Temperatur für „zu kalt“ hält. Dazu bitte hier weiterlesen: Heizt Tesla die Batterie automatisch bei -7° Celsius?

  2. Bei niedrigem Ladestand (unter 20%), da dann bei extremer Kälte eventuell nicht genug Zeit bleibt um den Akku durch den normalen Fahrbetrieb zu wärmen, bevor die Entladeschlussspannung erreicht wird. Um die Reichweite zu maximieren ist man also besser beraten, zuerst den Akku zu heizen, damit die verbleibende Ladung überhaupt entnommen werden kann. Der Tesla warnt aber ohnehin davor, mit solchen Ladeständen im Winter zu parken. Diese Warnung sollte man bei großer Kälte sehr ernst nehmen.

  3. Wenn man direkt nach Abfahrt die volle Leistung entnehmen möchte oder die volle Rekuperation braucht. Ab ca. 7 Grad Akkutemperatur kann die volle Leistung entnommen werden und ab ca. 20 Grad Akkutemperatur kann die volle Leistung rekuperiert werden.

  4. Wenn man plant, den Akku in Kürze zu laden. Dabei gilt: je schneller geladen werden soll, desto gründlicher sollte man Vorheizen. Hier gilt es nämlich auch, den Akku gleichmäßig warm zu bekommen, weil ansonsten ein erhöhter Zelldrift auftreten kann. Für AC-Ladungen (11kW) reicht dabei eine Akkutemperatur von knapp über 0 Grad. Im Zweifelsfall wird der Tesla automatisch zuheizen (bis auf 7 Grad).

Grenzfall: Modelle mit Wärmepumpe
  1. Wenn man die maximale Reichweite braucht und gerade am Lader hängt. Abgesehen davon, dass man mit warmem Akku geringfügig weniger verbraucht (in der Größenordung von 0,05kWh/100km, siehe Grenzfall „heat loss“ weiter oben), kann man bei Modellen mit Wärmepumpe den Akku auch als Wärmespeicher nutzen und dann mit der vorher „gebunkerten“ Wärme während der Fahrt die Kabine heizen. Allerdings ist es mindestens fragwürdig, ob man durch diese Taktik insgesamt Energie spart, denn die Akkuheizung ist sehr ineffizient und der Akku sehr schlecht wärmeisoliert. Allerdings tritt der Verlust während der Ladung auf, so dass der Verbrauch während der Fahrt merklich sinkt und damit die maximale Reichweite im Winter steigt.

Schadet es dem Akku oder dem Tesla allgemein, wenn er vorgeheizt wird?

  • Nein. Es erhöht nur den Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs.
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Man könnte ins Wiki noch mit aufnehmen, dass alle Modelle mit Wärmepumpe den Innenraum mit der Wärme aus dem Akku heizen.
Der Akku speichert dann nicht nur elektrische, sondern auch Wärmeenergie.
Theoretisch könnte man vor ner Fahrt im Winter den Akku schön vorheizen und dann daraus den Innenraum speisen lassen.

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Dan sollte man den ersten Teil des Absatzes anders formulieren - entweder sollte man es niemals machen oder Tesla hat’s im Griff - da letztes zutrifft sollte das erstere nur als mögliches Problem erwähnt werden, dass einen Tesla aber nicht betrifft.

Interessant könnte evtl. Noch sein, wie lange das Aufheizen des Akku bei den verschiedenen Varianten über den Stator dauert:

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super! Habe ich eingebaut. Allerdings als Grenzfall, da ich große Zweifel habe, dass man damit insgesamt Energie spart. Aber wir können das ja durchdiskutieren…

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Stimmt, das war blöd formuliert. Müsste jetzt besser sein…

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Klasse!

Ich habe aber noch ein Verständnisproblem mit den Daten. Sind alle Heizvorgänge bei denselben Außentemperaturen durchgeführt worden (z.B. Start bei 0 Grad)? Ansonsten wären die Kurven ja nicht direkt vergleichbar…

Welche standardisierte Empfehlung sollten wir daraus ableiten? Mir schwebt etwas einfaches vor, wie: für jedes Grad rechne mit x Minuten beim LR/P, y Minuten beim SR+MiC, z Minuten beim SR+MiUS.

Nur die Daten für den LR sind von Tesla Björn ermittelt worden. Die Daten für den SR+ NMC und SR+ LFP sind nur über das unterschiedliche Gewicht der Batterie Packs und die halbe Heizleistung berechnet worden.
Meine Idee für die standardisiert Empfehlung ist, dass die Zeit für das Erwärmen des Akku beim SR+ NMC ca. 50% länger ist als beim LR/P und beim SR+ LFP doppelt so lang. Daher muss die Anfahrt zum SuC auch entsprechend länger sein - beim LR/P kann man auch im Winter ohne viel Nachdenken zum Schnellladen fahren, bei den SR+ sollte man schon ein wenig mehr planen…
Zusätzlich könnte man evtl. auch noch den Energiebedarf zum Vorheizen des Akku z.B. um 10°C für die unterschiedlichen Varianten erwähnen.

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Ist eher eine Methode, um die Reichweite zu optimieren. Gerade, wenn man im Winter mit dem SR+ auf Langstrecke geht, spart man sich die erste Stunde oder so die „Stromheizung“.
Zum Energiesparen allgemein taugt das nichts, das stimmt :wink:

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