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Vergleich i3 Model S

Mich hat die Diskussion um den unsäglichen Artikel in der AMS nicht in Ruhe gelassen. Jetzt habe ich mal ein paar Daten heraus gesucht und bin erschüttert, wie verkehrt die Welt ist.
Der allgemein akzeptierte Grundtenor lautet ja: Das Modell S ist größer und schwerer und braucht deshalb mehr Energie als die deutschen Stromer. Vor allem auf der Autobahn. Genau das ist grundfalsch!

Es gibt zwei Haupteinflussgrößen auf den Energieverbrauch. Die Reifen und den Luftwiderstand. Der BMW ist vor allem für die Stadt gedacht. Deshalb hat er ja diese Energiesparreifen. Ein großer Durchmesser wie bei uns beim Tesla auf 19" Felgen mit 155/70 Dimension. Hübsch gleich im Durchmesser. Unsere größere Breite ist dem höheren Gewicht geschuldet. Sucht man die Unterschiede im Rollwiderstand bei den Energieklasse der Reifen, so sollen die Unterschiede in den A-C Klassen marginal sein. Hier gewinnt der BMW wenig, besonders weil wir im Tesla mit höherem Luftdruck fahren. Kennt Jemand eine Tabelle, in der die Reifen-Klassen Rollkoeffizienten gegenübergestellt werden?

Bei Geschwindigkeiten über 80km/h dominiert der Luftwiderstand. Er steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit. Um den Luftwiderstandsbeiwert vom BMW i3 wird ein großes Geheimnis gemacht. Er wird, da der Wagen sehr kurz ist, den 0,3 entsprechen, was man so ließt. Dazu diese blöden Nieren selbst ohne den REX. Das hätten sie sich sparen können. Dazu kommt die Fahrzeugquerschnittsfläche, die beim i3 durch die senkrechte, hohe Sitzposition recht groß ausfällt. Ich habe die Zahl von 2,38m2 gefunden. Zusammen macht das ein Produkt cda von 0,718. Daten von hier.

Und wo liegt unser Model S? Schlechter? Weit gefehlt. Das englische Wikipedia gibt für das cda 0,576 an. D.h. bei Geschwindigkeiten über 80km/h, wenn der Luftwiderstand dominiert, braucht der BMW 25% mehr Energie als unser Model S für den Luftwiderstand. Unglaublich aber wahr. Und der e-Golf? CD 0,281 und A 2,2m2. Macht zusammen cda 0,618. Immer noch 8% schlechter als das Model S.

Gerade habe ich noch Zahlen vom Rollwiderstand gefunden. Hier dürften unsere Reifen wegen des hohen Luftdrucks bei einem Koeffizient von 0,01 liegen. Die besten Öko-Reifen kommen auf 0,008. Obwohl ich das bei den geringen Luftdrücken im i3 nicht glaube. D.h. ein Vorteil von maximal 20%. Bei Tempo 80km/h, wo sich Rollwiderstand und Luftwiderstand in etwa die Waage halten, dürfte der i3 bereits etwas mehr Energie benötigen, wie wir. Darüber zieht man dem BMW sprichwörtlich den Stöpsel aus der Badewanne.

Dies alles gilt natürlich nur für konstante Geschwindigkeit. Dynamisch kostet unsere höhere Masse Energie. Ein Teil davon gibt es wieder zurück, wenn wir nur rekuperieren und nicht mechanisch bremsen.

Damit auch alle die Werte nachschlagen können:

eur-lex.europa.eu/legal-content/ … 22&from=EN

der Goodyear 19-Zoll Goodyear Eagle RSA2, 245/45R19 hat F ca. 0,012
der 21-Zoll Michelin Pilot Sport 2, 245/35R21 E ca. 0,01

der i3 liegt bei B ca. 0,008

Das sind also 20% mindestens. Dazu das Gewicht von 2,2 zu 1,2 t

Damit ist der Rollwiderstand des Model S 2,2 fach (!) höher wie der des i3: das ist heftig !

Gruß SRAM

Weitere Werte:

i3 cw-Wert / Stirnfläche 0,29 / 2,38 m²

Model S cw-Wert / Stirnfläche 0,24 / 2,34 m²

Das macht Faktor 1,23 zu ungunsten des i3.

Und nun fröhliches vergleichen :wink:

Gruß SRAM

Um mal auf dem gleichen Niveau zu antworten : Der Rollwiderstand von meinem Fahrrad ist deutlichst geringer als der von i3, dass ist echt heftig, vor allen Dingen bei meinem Gewicht.

Du hast sicherlich mal die Breite der 21 Zoll Reifen mit denen des i3 verglichen ?
Schon die Optik zeigt, das mein Vergleich gar nicht so abwegig ist.

Ich fahre übrigens 19 Zoll Michelin Sport 3 mit + 0,2 bar mehr als Normal, gefühlt ähnliche Traktion und gefühlt 20…30 Wh/km weniger Verbrauch im Vergleich zu 21 Zoll Michelin Sport 2 auf einem Base Modell S.

Das entscheidende Wort ist „gefühlt“.

Ich halte mich an Meßwerte. Gefühle hebe ich mir für andere Gelegenheiten auf.

Gruß SRAM

Die 1000Kg Mehrgewicht sind zusammen mit dem höheren Rollwiderstand Hauptverantwortlich für den Mehrverbrauch des S.

Eine Faustregel: 100kg = 0.5l pro 100km
Mit einer Person von 70kg auf 100km 0.35 Liter mehr an Verbrauch.
1000Kg Mehrgewicht beim S = 5l Kraftstoff könnte man in Akkukapazität umrechnen.

Mir ging es bei dieser Berechnung vor allem um den schlechten Luftwiderstand des i3. Dass vermutlich ab 120km/h der Gesamtenergieverbrauch des i3 ÜBER dem von unserem Model S liegt. Auch wenn der Rollwiderstand kleiner als bei uns ist. In einer ruhigen Minute werde ich die Kurven mal gegeneinander aufzeichnen. Dazu die um den Faktor 4 kleinere Batterie zeigt, warum man mit dem i3 in der Stadt bleiben sollte.

Der Mehrverbrauch auf Grund höheren Gewichts, der nicht durch den Rollwiderstand verursacht wird, liegt zu über 90% in der Dynamik begründet. 0,5 Liter pro 100kg gilt für normale Verbrenner, die über mechanische Bremsen Wärme erzeugen. E-Autos, die Rekuperieren, sollten bei 30% (70% Rekuperationswirkunggrad) dieser Zahlen heraus kommen und so diese dynamischen Verluste begrenzen. Das wären 0,15 Liter/100km. Bei einem Gesamtwirkungsgrad von Otto-Verbrennern um 25% sollten das 0,15L11,5kWh/L25% = 0,4kWh auf 100km sein. Also 4Wh/km pro 100kg. Macht für 900kg Mehrgewicht einen Mehrverbrauch von 38Wh/km.

Danke für den Link. Genau der hat mir gefehlt. Interessant, wie man die farbige Skala linear zeichnet und die Werte dazu nichtlinear verteilt. Nur so schafft man es, Leichtlaufreifen mit geringen Vorteilen überteuert dem Verbraucher schmackhaft zu machen :blush:

Ich habe mir auch erste Gedanken über den Rekuperationswirkungsgrad von i3 und Model S gemacht. Immerhin kann ich Fragen formulieren.

Gehen wir von einem normalen Fahrbetrieb aus. D.h. bei beiden Fahrzeugen kommt es nicht zu Schlupf an der Straße. Dabei wäre es egal, ob Front- oder Heckantrieb. Nun haben beide - BMW und TESLA - Heckantrieb und können nicht so hart rekuperieren, wie ein Frontantriebler mit seiner dynamischen Achslastverteilung. Wir werden im Prinzip drei Einflussgrößen haben:

  1. Welcher Motor arbeitet besser als Generator? Ein Asynchronmotor oder dieser Hybrid-Synchronmotor? Vermutung: Der BMW generiert besser, da der Motor selbst erregt ist (stimmt das?)
  2. Die Ladeelektronik. Keine Ahnung, was da als AC/DC-Wandler verbaut ist. Gehen wir mal bei beiden von State of the Art aus. Auch wenn das Ladegerät (auch AC/DC) von BMW unterirdisch schlecht ist.
  3. Der Akku. Je geringer die Ladeströme, um so geringer der Verlust. Da der Akku im TESLA viermal größer ist, sieht die Stromseite für den TESLA um den Faktor 4 besser aus. Aber nur auf den ersten Blick. Da die Masse des TESLA um den Faktor 1,75 größer ist, kommt da auch mehr Energie auf den Akku zu. Bei höheren Geschwindigkeiten macht sich das immer stärker bemerkbar, da die Energie quadratisch zunimmt (1/2mv**2). Allerdings sollte der i3 bei höheren Geschwindigkeiten schneller an ein Rekuperationsproblem kommen, da er, um seine Batterie nicht zu schaden, maximal mit 18-20kW rekuperieren sollte.

Wie könnte man dem Rekuperationswirkungsgrad auf die Schliche kommen? Für mich sieht es nicht so aus, als ob der i3 besser rekuperieren müsste als das Model S.

Der permanentmagneterregte Synchronmotor ist der deutlich bessere Generator:

  • Wirkungsgrad der Maschine 2 bis 4% Punkte höher
  • kein Blindleistungsbedarf und damit Blindleistungsverluste
  • kein Schlupf und damit größerer Arbeitsbereich

Gruß SRAM

Wichtig ist doch die Praxis gerechte Energierückgewinnung.
Vielleicht kann man eine fast reine Bergab Strecke zur Vergleichsfahrt nutzen.
Start mit 20% Ladestand, messen bei Ankunft wie viel Energie gewonnen würde.

Wie fahren Roadster Model S und i3. Der i3 ist prinzipiell viel schlechter klimatisiert daher muss man aufpassen mit den Verbrauch. Ich werde demnächst mal nenn Vergleich auf der Autobahn machen dann sehen wir wie es in der Realität aussieht. Fakt ist dass der i3 im lokalen Verkehr deutlich weniger verbraucht aber der Roadster ist ähnlich. Warum wohl …

Jetzt habe ich mal ein paar Minuten gefunden, um die Zahlen in Diagramme zu überführen.

Annahmen für cda: 0,718/0,576 und Massen: 1200kg/2100kg. Rollwiderstandsbeiwert 0,008/0,01. Luftdichte 1,29kg/m^3

Damit ergibt sich das folgende Diagramm für Antriebsleitung in kW über Geschwindigkeit in km/h für den BMW i3. Sehr schön ist zu sehen, wie die guten Reifen den Rollwiderstand niedrig halten (4,19kW bei 160km/h). Der Luftwiderstand knallt jedoch extrem hoch (40,66 kW bei 160km/h). Zusammen ergibt sich bei der Höchstgeschwindigkeit des BMW ein kombinierter Wert von 44,8 kW. Bei 18,8kWh Nettokapazität macht das eine theoretische Reichweite von 67km bei 160km/h. In Praxis sicherlich eher 40km.
i3.JPG

Das Diagramm für unser Model S zeigt ganz andere Werte. Der Rollwiderstand steigt durch die leicht schlechteren Reifen und die deutlich höhere Masse stärker an. (9,16kW bei 160km/h). Dafür gleitet unserer Wagen besser durch den Wind. Bei 160km/h beträgt die Leistung zur Überwindung des Luftwiderstands nur 32,6kW. Kombiniert ergeben sich 41,8kW. Bei einer Nettokapazität unseres Akkus kommen wir damit theoretisch 311km weit.
ms.JPG

Vergleichen wir die beiden kombinierten Kurven, wie im nächsten Bild, so schneiden sie sich bei ca. 125km/h. Unter 125km/h ist der BMW besser; darüber wir. Am Ende unterscheiden sich die beiden Kurven nur um zwei Strichbreiten. Nichts, was in Praxis wirklich Bedeutung hätte. Dass unser Akku um den Faktor 4,3 größer als im i3 ist - das hat Bedeutung.
i3-ms.JPG

Vergleichen wir die die realistischen Verbräuche, die wir erzielen, so klafft eine größere Lücke zwischen der theoretischen Reichweite bei 160km/h (311km) mit meiner tatsächlich erzielten Reichweite bei einem Schnitt > 165kmh. (193km inkl. Zero Mile Protection). Sicherlich haben wir noch einen Wirkungsgrad beim Motor (90-95%) und natürlich die zusätzlichen Verbraucher (Wandler, Computer, Heizung, Kühlung, Getriebe, …). Bei 120km/h ergäbe sich für unser Model S eine erforderliche Leistung von 20,6kW und damit ein theoretischer Verbrauch von 172Wh/km. Was einer Reichweite von 472km entspräche. Ich werde mich also auf den Weg machen und versuchen Anhaltspunkte für die Wirkungsgrade der einzelnen Komponenten zusammen zu tragen.

Danke für die schönen Bilder! :slight_smile:

Wow Super danke für die Zahlen…

Der i3 hat eine deutlich höhere Effizienz und ist somit auch sparsamer bei gleicher physikalischer LAST.

Danke für die Mühe! Allerdings geht irgendwo etwas schief, denn bei 160 km/h kommt man nicht mal annähernd auf 311 km, da sind 230-240 km schon realistischer. Woher könnte diese Diskrepanz kommen? Viellecht falsche Stirnfläche?

Eher Aufgrund der Effizienz, der Motor hat ca. 10%, die Leistungselektronik vlt. auch 10% und die Batterie auch nochmals 5-10%

Das Differenzial auch noch

Im Zusammenhang mit Rekuperation hat JB mal erwähnt, dass ein kompletter „Durchgang“ vom Akku auf die Straße oder zurück etwa 90% effizient ist. Daher schafft die Rekuperation etwa 70% „Rückgewinnung“: 90% auf die Straße x 90% zurück in den Akku x 90% wieder auf die Straße.

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Im elektro Bereich gibt es eben auch gute und schlechte Arbeitspunkte. Das gilt bestimmt für den besten Fall. Ich denke dass bei 120 Ca 15 bis 20% von der Batterie zum Rad verloren gehen.