V, A, Ah, kWh, kW

Hallo liebe Teslafreunde,

ich bin derzeit immer mehr an Elektroautos interessiert und denke hier an den Model S 85.
Bevor ich mir jedoch, einfach einen TESLA kaufe möchte ich gern wissen was die Angaben der Hersteller zur Batterie mit sich bringen.
Deshalb machen ich mir über die verschiedenen Parameter V, A, Ah, kWh, kW Gedanken und habe bereits ein paar Daten zuzammen.
Meine Frage wäre, ob ihr mir zusätzlich zu den von mir recherchierten Daten noch mehr Infos geben könnt, vorallem bei den Ah bin ich mir etwas unsicher.

Spannung (V)

• Spannung hoch --> Geschwindig-keit hoch
• Spannung hoch --> Krafterhöhung unverändert
• Spannung hoch --> Moterleistung höher
• Je höher die Spannung desto höher die Chance eines Überschlages oder tödlichen Stromschlag

Stromstärke (A)
-Ampere hoch --> Drehmoment hoch
-Ampere hoch --> Geschwindigkeit unverändert
-Ampere hoch–> Motorleistung höher

• Je höher die Ampere desto dicker die Anschlussleitung

Amperestunden (Ah)

• Einheit für die Kapazitätsangabe

Kilowattstunden (kWh)
-Einheit für die Energiemenge (V*Ah)
-Je höher die Wh desto größer, schwerer und teurer die Batterie

Kilowatt (kW)

• Je höher das Drehmoment (A) desto höher die Leistung (kW)
  -Je höher die Geschwindigkeit (V) desto höher die Leistung (kW)

Zusätzlich mache ich mir Gedanken über die Reichweite und den Verbrauch

Reichweite:

• abhängig von der Größe des Akkus aber von welchem Parameter?
• Geschwindigkeitsabhängig, je schneller desto mehr Spannung desto schneller gehen die kWh auf 0 ( Energiemenge die im auto steckt, vergleichbar mit einer Tankfüllung)

Verbrauch:

• Kraft durch Strömungswiderstand erhöht sich quadratisch mit zunehmender Geschwindigkeit.
  Das heißt, eine prinzipielle quadratische Zunahme des Kraftstoffverbrauchs ist bei ansteigender Geschwindigkeit.

• höhere Innenwiderstände bei zunehmender Geschwindigkeit(Hohe Geschwindigkeit --> mehr Spannung --> größeres R Widerstand --> mehr Verbrauch??)

• Warum ist der Verbraucht so hoch bei einem Elektrofahrzeug, alle reden immer von optimalen Betriebspunkt, und Reibung sowie dem unglaublichem Wirkungsgrad…

Ich würde mich freuen wenn ihr mir in der Elektonischen Welt weiterhelfen könnt

Viele Grüße

Horst

Ich hol’ mir schon mal Popcorn.

[url]https://de.m.wikipedia.org/wiki/Internationales_Einheitensystem[/url] +
[url]https://de.m.wikipedia.org/wiki/Grundrechenart[/url]

und dann:

[url]Elektronik Grundlagen und Messtechnik - Elektronik-Kompendium.de

Im Ernst, willst Du die Zusammenhänge verstehen musst Du Dich ein wenig mit den physikalischen Grundlagen beschäftigen. Sonst reicht denke ich zu merken das Leistung (kW) keine Zeit in der Einheit stehen hat, also die momentane Fahr- oder Ladeleistung angibt. Leistung über eine bestimmte Zeit die dann auch in der Einheit im Zähler vorkommt (kWh) ist folgerichtig ausschlaggebend für die Reichweite.

Leistung P (in Watt bzw. m^2kgs^−3 ) = U*I
Widerstände (R, in Ohm), Ströme (I, in A) und Spannungen (U, in V) und der Zusammenhang U (V)=I (A) * R(Ohm) sind dann für Fortgeschrittene.

ich wusste nicht das hier so viele überhebliche Leute rumlaufen.

Mich nach Grundrechenarten hinzuweisen find ich ehrlich gesagt eher frech, auch wenn jemand 2700 Beiträge hat.
Müssen ja alle nicht gerade helle sein.

Der Admin hätte wohl kaum den Betrag freigegeben, wenn er ja ach so lustig ist.

Ich glaube, Du machst es Dir deutlich zu schwer, Horst.

All Deine Fragen lassen sich auf die Einheiten Watt (Leistung) und Wattstunde (Energie)
zurückführen, wobei Energie das Produkt aus Leistung und Zeit ist.

Um mehr Schub zu entwickeln, braucht ein Elektromotor mehr elektrische Leistung. Da elektrische Leistung das Produkt aus Strom und Spannung ist, ist es erstmal unerheblich, ob die höhere Leistung durch mehr Strom bei gleicher Spannung, mehr Spannung bei gleichem Strom oder mehr Strom und mehr Spannung bereitgestellt wird. Daher kannst Du die Fragen nach Strom und Spannung erstmal getrost ignorieren.
Mehr Schub wird zum Beispiel benötigt, um zu beschleunigen oder um gegen höheren Luftwiderstand an zu arbeiten. Daher nimmt Dein Elektromotor beim Beschleunigen und bei höheren Geschwindigkeiten mehr Leistung auf.
Energie ist wie gesagt das Produkt aus Leistung und Zeit, um also länger mit einer bestimmten Leistung zu fahren, wird mehr Energie benötigt. Daher kommst Du mit einem Akku, in den mehr Energie (mehr kWh) passt, weiter.

Als guten Einstieg empfehle ich die wirklich lesenswerten Beiträge in den Essentials.

Hat mir als Laien zumindest das nötige Grundverständnis gebracht.

Vielen Dank für die bisherigen Beiträge

@Leto:

Ich bin mir sicher das mehr als ca. 60 % nicht wissen wie ein Verbrenner im genauen funktioniert und mich als Idioten hinstellen … Naja ich muss hoffentlich nicht Elektrotechnik studieren um einen Tesla fahren zu dürfen.
Etwas mehr Aufgeschlossenheit gegenüber Leuten die sich nicht ganz so auskennen für eine aufstrebende Technologie sei bestimmt angebracht.

Wir haben eine sehr hohe Schwelle, um Beiträge nicht frei zu geben. Da muss schon jeder selbst aufpassen, was er schreibt.

Teilweise hilft der Vergleich mit Wasser.

Stell dir vor, du hast so eine Campingdusche (Kanister zum aufhängen mit Schlauch dran) und hängst die an einen Baum. Das ist die Batterie.

Die Spannung (Volt) entspricht dem Druck am Ausgang des Schlauches. Je höher der Druck, desto weiter spritzt das Wasser, wenn du vorne mit dem Daumen die Öffnung etwas verdeckst (wie beim Champagner bei der F1).

Der Strom (Ampère) entspricht dem Durchfluss. Je mehr Wasser aus dem Schlauch kommt, desto grösser der Strom. Das Wort kennt man ja nicht nur von elektrischem Strom.

Die Leistung (Watt) entspricht dem Produkt aus Druck und Durchfluss. Wenn du mit dem Wasserstrahl versuchst ein paar Steine am Boden wegzuspülen brauchst du eine bestimmte Leistung. Das geht mit einem winzigen Strahl mit sehr viel Druck, oder aber mit viel Wasser, das den Stein einfach mitschwemmt.

Die Kapazität (Ampèrestunde) entspricht dem Inhalt des Wasserbeutels. Je mehr Wasser da drin ist, desto länger kann ein bestimmter Durchfluss durch den Schlauch fliessen, bis der Beutel leer ist. Eine Ah entspricht also einem Strom von einem A über eine Stunde.

Die Energie (Wh) entspricht dem Produkt aus Kapazität und Spannung. Der Druck ist ja abhängig davon, wie hoch der Beutel hängt. Die Kapazität ist immer gleich, egal wo der Beutel ist. Hängt er nun aber höher, steigt die Spannung und somit die gespeicherte Energie. Eine hohe Kapazität sagt also nichts darüber aus, wieviele Steine wir wegspülen können, sondern nur, wie lange wir spritzen können. Erst die Energie lässt Vergleiche über die Anzahl Steine zu. Die Steine wären dann die Reichweite.

Ich hoffe, das hilft dem einen oder anderen fürs Verständnis.

Erst einmal HERZLICH WILLKOMMEN @Horst, hier im Forum.

Ich meine auch, dass der Verweis auf SI-Einheiten und vor allem Grundrechenarten überheblich und hier unangebracht ist.

Du siehst an manchen Kommentaren, dass das hier nicht unbedingt als Forum zum Erlernen elektrotechnischer Zusammenhänge gesehen wird. Da gibt es bestimmt bessere Möglichkeiten. Solche Grundlagen brauchst Du als E-Auto-Fahrer aber auch nicht. Mach am besten bei einem Händler eine Probefahrt und lass’ Dir zeigen, wie das Aufladen geht. Das bringt Dich dem Thema E-Auto näher als jede Theorie.

Reniswiss hat einige Zusammenhänge sehr gut und anschaulich erklärt. Allerdings muss man mit dem Begriff „Kapazität“ vorsichtig sein. Was Reniswiss beschrieben hat, ist die Kapazität eines Akkus, siehe de.wikipedia.org/wiki/Kapazit%C … e_Zelle%29 . Umgangssprachlich wird unter „Kapazität“ aber auch oft nur der dem Akku entnehmbare Teil dieser Kapazität verstanden, manchmal auch die dem Akku entnehmbare Energie.
Daneben gibt es noch die elektrische Kapazität: de.wikipedia.org/wiki/Elektrisc … zit%C3%A4t, Formelzeichen C, Einheit Farad

Versuche mal das ganze praktisch zu erklären: Ich denke, um Spannung und Strom sollte man sich nicht besonders kümmern. Was am Ende interessant ist die Drehmoment und Leistung.

Leistung kann man als Drehmoment * Drehzahl berechnen, wie bei Verbrennungsmotoren auch. Bei Elektromotoren steigt die Drehmoment nicht mit der Drehzahl wie bei den Verbrennern, auch bei Drehzahl 0.1 ist volle Drehmoment da. Das ist der Grund, warum eine Beschleunigung in 3 Sekunden möglich ist.

Elektrisch gesehen ist Leistung = Strom * Spannung. Warum sollen dann Strom und Spannung uninteressant sein? Weil ich damit auch frei variieren kann, gleiche Leistung ist sowohl mit 48V als auch mit 400V zu haben, Stromzahlen ändern sich halt. Und wenn Strom steigt, müssen die Kabelquerschnitte steigen, Verluste auch, alles wird schwerer. Deshalb wird übrigens Energie in Hochspannung übertragen.

Batterieangaben sind als Arbeit gegeben, 85 KWh heisst nun die Batterie kann eine Stunde lang 85 KW Leistung abgeben. Deshalb fahren die Model S ja am ende mit ca. 120 kmh 4 Stunden, weil die dann pro Stunde ca. 21 KWh verbrauchen.

Somit ist es auch klar, warum Model S bei hohe Autobahntempo eine viel kleinere Reichweite hat, da keine Gänge vorhanden sind, muss er seine Drehzahl erhöhen, da Drehmoment ja konstant ist: Leistung steigt, Energieverbrauch auch. Mit einem Getriebe wäre einiges an Reichweite zu holen. Andererseits, kann Model S, wenn es langsam bewegt wird, sehr lange fahren. Langsam = kleinere Motordrehzahl = kleine Leistungsabgabe.

Aber, um das Fahren zu geniessen, braucht man das alles nicht. Mehr musst du sicher nicht wissen, sieh mich an, vieles zwar vergessen, es stört mich aber nicht mal

Noyan
Dipl. El. Ing. FH / Msc Mechatronik

Hallo Horst,

Du stellst in deinem ersten Beitag Themen zusammen, über die man locker 10 Semester studieren und gerne auch promovieren kann, erst recht, wenn man Elektrik und Elektronik meint. Daher kriegst Du auch von einigen (Studierten?) entsprechende Antworten. Das hat gar nichts mit Überheblichkeit zu tun. Du kannst auch Antworten aus der „Sendung mit der Maus“ bekommen, die sind vermutlich richtig, aber wahrscheinlich auch nicht nach deinem Geschmack. Man sollte die Dinge gerne so einfach darstellen wie möglich, aber nicht einfacher, als sie sind.
Also mach dich mal locker und freue dich über die Kompetenz im Forum, da tummeln sich wirklich kluge Leute, die Dir helfen wollen. Ich bin zwar bloß Ingenieur, gebe Dir den zusätzlichen Tipp mal eine Probefahrt mit dem Model S zu unternehmen; danach wird es Dir vermutlich völlig egal sein, wozu man ein Ampere braucht…

Gruß Dirk.

Sorry Noyan, da stimmt einiges nicht.

Leistung ist

Drehmoment*Drehzahl/9550

Der Wert 9550 ist sehr wichtig, sonst ergeben sich wahnsinnig falsche Werte.

Mit einem mehrgängigen Getriebe lässt sich nicht viel holen, denn der Mehrverbrauch bei höheren Geschwindigkeit ist kein Motorproblem, sondern eines des Roll- und Luftwiderstands.
Um schneller zu fahren dreht der Motor höher UND bringt mehr Drehmoment. Das Drehmoment ist nicht konstant. Nur das maximale Motordrehmoment ist in einem grossen Bereich konstant. Das ist aber nur für die Beschleunigung (max. Leistung) von Bedeutung und hat mit dem Verbrauch bei konstanter Fahrt nichts zu tun.

Bei hohen Geschwindigkeiten steigt die Leistungsanforderung durch den erhöhten Luftwiderstand. Das in konstantes Drehmoment zu übersetzen najah…
Ein Getriebe würde dabei nicht viel Unterschied machen, weil du dann eine geringere Drehzahl, aber ein höheres Drehmoment wieder hast. Das übersetzt sich ja beides. Bei einem Elektromotor sinkt der Wirkungsgrad bei hohen Drehzahlen nicht so krass ab wie bei Verbrennern, jetzt kann man mit einem Getriebe nicht viel holen. Ein bisschen was geht, was die Dual Motor Modelle ausnutzen (der vordere Motor ist anders übersetzt, und je nach Geschwindigkeit werden die Motoren bevorzugt angesteuert bei gleichbleibender Geschwindigkeit).

@Horst: Es ist ein bisschen schwer zu verstehen auf was du hinaus willst.

Vereinfacht (darfst du jetzt nicht persönlich nehmen, keine Ahnung wo du abgeholt werden willst):

Der Motor will entsprechend einer Frequenz laufen (Geschwindigkeit = Frequenz), die gibt die Leistungselektronik vor. Der Motor wird von einer Spannung (U[V]) mit eben der Frequenz versorgt, und zieht einen Strom (I[A]) um die Drehzahl entsprechend der Frequenz zu erreichen. Wie viel Strom er sich nimmt wird von der Spannung bestimmt und seinem Widerstand (Z[Ohm]), Formel (I=U/Z). Der Widerstand hängt von seiner Drehzahl und dem Unterschied der Drehzahl zu der Frequenz ab (ja, da werden Profis die Augen tränen, aber stark vereinfacht…). Die Leistung (P[kW]) ist das Produkt aus Strom und Spannung.

Die Leistungselektronik regelt Spannung und Frequenz.

Der Akku hat einen gewissen Spannungsbereich in dem er betrieben werden kann (320V-400V ca. - bei 320 ist er leer, bei 400 voll). Auch der Akku hat einen Widerstand (Ri [Ohm] für Innenwiderstand). Zieht der Motor einen Strom, fällt also auch im Akku eine Leistung an - da wird Wärme draus. Deshalb sinkt die Akkuspannung wenn man einen Strom zieht (das ist dem Motor egal, dessen Spannung wird von der Leistungselektronik geregelt) ab. Wenn der Akku dann langsam leer wird, darf man nicht mehr so viel Strom ziehen damit man nicht unter 320V kommt. Gleiche Regel gibts beim Laden, man kann wenn der Akku voll wird nicht mehr so schnell Laden weil die Spannung sonst zu groß wird.

Michael (Hauptschulabschluss)

EDIT: In Bezug auf die Reichweite sollte man erwähnen. Dem Akku kannst du nicht alle 85kWh entnehmen. Je nach dem wieviel Spaß du hast (Mehr Strom = mehr Verluste im Akku) sind das afaik so 73-75kWh bei neuem Akku. Der Rest ist als Reserve angelegt, dass selbst wenn das Auto länger steht der Akku nicht gefährlich tiefe Spannungen erreicht und wegen Lebensdauer (der Akku altert bei hoher und niedriger Spannung schneller). Das ist bei jedem Elektroauto so, man spricht normal von Brutto und Nettokapazität.
Und die Reichweite beeinflussen kannst du über deinen Fahrstil - Wenn du schnell fährst hast du viel Luftwiderstand, wenn du viel beschleunigst/bremst verlierst du Energie - analog zum Verbrenner. Deine Reichweite wird auch deutlich von der Temperatur beeinflusst. Ist der Akku kalt - ist der Innenwiderstand groß, d.h. du verlierst ein bisschen mehr Energie im Akku schon. Das und natürlich die Heizung, senkt die Reichweite im Winter deutlich. Akku und Innenraum kann man aber an der Steckdose vorheizen, das wird auch häufig genutzt.

Hey ich hab das völlig konstruktiv und Ernst gemeint. Du hast beim Verständnis ein leichtes Leben Dir die Einheiten anzuschauen und die zu verstehen. Die Zusammenhänge kommen umsonst mit.

Die sind nicht alle helle, versprochen

Sorry von einem Physiker kriegt man eher mal zu hören wie man sich etwas erschließen kann als das Kochrezept zum auswendig lernen, da kann ich nicht aus meiner Haut. Mit Überheblichkeit hat das nichts zu tun und wenn es so angekommen ist (Perception is Reality) entschuldige ich mich hiermit ausdrücklich. Das gilt glaube ich auch für das Popcorn…

Ich sehe, meine praktische Erklärungsversuch ist klar gescheitert Das ist das Problem von (uns?) Technikern, wir sind zu detailverliebt und ja ohne ins Detail zu gehen, kann man den Sachverhalt nicht korrekt beschreiben. Nur ist Korrektheit immer erforderlich oder überfordert es uns nur? Ein BWL Dozent hatte mal gesagt, ihm sei lieber, wenn es ungefähr richtig als präzise falsch denkt.

Ich beneide Leute wie Carl Sagan oder Stephen Hawking, wie diese Sachbücher schreiben zu können, ohne immer ins Detail gehen zu müssen.

reniswiss: 9550, klar. Es ist aber nur eine Konstante dazu, wichtiger ist dass Drehzahl und Drehmoment als Variable Grössen besonders Betrachtet werden müssen.

Michael, reniswiss: Ich verstehe ja schon, dass Luftwiderstand und viel höhere Wirkungsgrad eine dominierende Rolle bei der Auswahl des Eingang Getriebe Konzeptes spielen. Dazu kommt, dass Drehmoment beim Start schon zur Verfügung steht und nicht erst aufgebaut werden muss.

Aber: Ist aktuelle Drehzahl des Motors immer das Optimum? Ich denke eben nicht. Der Motor dreht wahrscheinlich um 5500 U/min. Wenn man 250 kmh fährt, wird man sich in Richtung Maximalbereich bewegen, geht auch so in Ordnung. Demzufolge wird man bei 125 kmh konstanter Fahrt auf 2750 U/min fahren. Das ist rein aus Getriebeauslegung gegeben. Nun ist die Frage, ist es Energietechnisch das Optimum? Oder könnte man auch mit eine kleinere Drehzahl fahren (wenn man mehrere Gänge hätte…) angenommen 2000 U/min und dann weniger Energie verbrauchen?

Soweit ich weiss, ist die maximale Motordrehzahl im fünfstelligen Bereich, um 16000 rpm.
Das Getriebe hat i = 9.73 (vermutlich nicht alle, gibt ja diverse DU).

Der Motor hat einen Bereich mit bestem Wirkungsgrad. Wo dieser genau liegt, weiss vermutlich nur Tesla. Ganz sicher lässt sich sagen, dass er nicht ganz unten und nicht ganz oben liegt. Mit zunehmender Drehzahl wird die Gegeninduktion grösser, weshalb die Spannung angehoben wird, um noch den erforderlichen Strom durch die Windungen zu kriegen. Dort wird der höchste Wirkungsgrad nicht liegen, da hast du Recht.
Da effiziente Elektromotoren einen Wirkungsgrad in der Gegend von 97 % haben, lässt sich jedenfalls nicht mehr viel gewinnen. Nehmen wir an, an einem nichtidealen Betriebspunkt ist der Wirkungsgrad noch 92 % (frei geraten). Ein Getriebe müsste also durch Verlagerung des Betriebspunktes 5.4 % Steigerung erzielen, während es selber einen Wirkungsgrad von vielleicht 95 % hat. Hinzu kommt, dass bei tieferer Drehzahl mehr Drehmoment (= Strom) benötigt wird, um die erforderliche Leistung zu erzielen. Bei höherem Strom steigt allerdings der Innenwiderstand der Batterie an, was Energie verbrät.
Fazit: Sollte sich mit einem schaltbaren Getriebe etwas gewinnen lassen, wird es wahrscheinlich geringer sein, als die Einsparnis durch abgefahrene Reifen mit weniger Massenträgheit im Vergleich zu neuen.

Wassermann, bist Du Hellseher ?
Zuerst habe ich Deinen Post (die erste Antwort) nicht geblickt. Inzwischen weiß ich, dass Du schon geahnt hast, wie es weiter geht.