Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

Technische Probleme und deren Lösung...

Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von MichaHamburg » 11. Nov 2014, 12:27

Einige Model S Fahrer hatten sich hier im Forum über vermeintlich nachgelassene Batteriekapazität ausgelassen. Auch ich hatte, nachdem die Firmware 6.0 eingespielt war und meine Anzeige bei voll geladenen Akku plötzlich nur noch 389 Typical anzeigte (inzwischen immerhin wieder 394 Typical bzw. 492 Rated), einmal mit der Berechnung der Gesamtkapazität eine vermeintlich plötzlich fehlende Kapazität von 3,5 kWh festgestellt. Dies war UNSINN, wie ich zuletzt vermutet hatte und nun mit zwei langen Testfahrten nachvollziehen konnte und gleich erklären werde.

Für diejenigen, die sich nicht sicher sind, wie sie die eigene Akku-Kapazität bis zur Restreichweite 0 ermitteln können: Dies geht z.B., indem man gleich nach dem Vollladen auf auf eine lange Fahrt geht - möglichst ohne das Fahrzeug zwischendurch abzustellen und stehen zu lassen. Am Ende der Fahrt Total Energy since last charge ablesen (z.B 68 kWh) und die Restkapazität hinzu addieren. Gibt der Energy Monitor beispielsweise Projected Range 40 km bei Avg. 200 an, wären demnach theoretisch noch 40*200/1000=8 kWh verfügbar. Hiervon ist allerdings noch der verbliebene Anteil der eingerechneten Zero Mile Protection (gewissermaßen die ca. 5 kWh "Reserve") abzuziehen. Bei Vollladung bezieht sich - nach aktuellem 6.0 Firmware-Stand - die Restreichweite laut Energy Monitor auf die Kapazität inkl. dieser Reserve. Im Laufe des Entladevorgangs (Fahren) wird jedoch bis zum Punkt Restreichweite 0 km linear eine Reserve von ca. 5 kWh aufgebaut, die im Notfall vor dem Liegenbleiben noch zur Verfügung stehen. In meinem Beispiel Projected Range 40 km bei Avg. 200 wäre die Akkuanzeige bei ca. 10%. Von der vermeintlichen Restkapazität 8 kWh sind demnach noch 10% der ca. 5 kWh eingerechnet, also sind 0,5 kWh von der zuvor errechneten Restkapazität abzuziehen. Die Summe aus diesem Wert von 7,5 kWh und dem Wert Total Energy (in meinem Beispiel 68 kWh) ergibt dann die Kapazität, die bei Vollladung bis zur angezeigten Restreichweite 0 zur Verfügung steht.

Nun zu meinen 2 Testfahrten an einem Tag und dem resultierenden Rückschluss. Zunächst habe ich den Akku voll geladen und bin 250 km auf der Autobahn - wo immer freie Fahrt war - schnellstmöglich gefahren, also auch mit sehr häufigem maximalen Beschleunigen. Am Ende der Fahrt kam ich auf 65 kWh Total Energy und eine rechnerischen Restkapazität von 1,5 kWh. Zusammen also 66,5 kWh Kapazität statt dem Soll von 75,9!

Die Gegenprobe machte ich auf der Rückfahrt nach erneuter Vollladung. Nur sanftes Beschleunigen und nicht mehr als 105 km/h - sonst eher nicht meine bevorzugte Fortbewegung. Am Ende der Fahrt hatte ich Total Energy 45,9 und rechnerische Restkapazität 32,1, von der die noch etwa eingerechneten 39% (Akku-Ladezustand am Ende der Fahrt) der 5 kWh Zero Mile Protection abgezogen werden müssen - also ziemlich genau 2,0 kWh. Es ergibt sich somit eine Kapazität von 76,0 kWh statt dem Soll von 75,9. Und am SuC hatte ich sogar bei 2A abgebrochen. Meine Akkukapazität ist demzufolge nach 14.700 km noch wie neu, obwohl ich nach dem Hinweg einen anderen Rückschluss hätte ziehen können :-D

Warum also war die Akku-Kapazität bei meiner ersten Tagesfahrt vermeintlich so viel geringer?
Ich hatte hier im Forum häufig von Verlusten verschiedener Art gelesen. Es gibt ja beispielsweise den Vampire Loss bzw. jeglichen Verbrauch im "ausgeschalteten" Fahrzeugzustand, der von der Total Energy Anzeige nicht erfasst wird. Beides schied in meinem Fall aus, da ich auf der ersten Fahrt gar keine Pause eingelegt hatte. Gelesen hatte ich aber auch von Energie-Verlusten bei starkem Beschleunigen und ggf. bei Hochgeschwindigkeitsfahrten. Offensichtlich werden diese Energieverluste von der Total Energy Anzeige nicht erfasst!

Ich würde mich freuen, wenn andere Fahrer in diesem Fred auch mal die Unterschiede posten, die sich bei der errechneten Akku-Kapazität in Abhängigkeit von der Fahrweise ergeben. Vielleicht lässt sich noch genauer eingrenzen, ab welcher Verbrauchszahl in Wh diese nicht erfassten Verluste auftreten. Bei meiner oben angegebenen 2. Testfahrt bin ich nicht über 80 kW gegangen, um den von mir vermuteten Effekt sicher bestätigt zu finden. Ich würde gerne wissen, ab welchem Wert diese Verluste auftreten, um das bisher mit großem Abstand beste Auto der Welt noch ein wenig besser kennenzulernen!

Also setzt Euch doch bitte mal für eine längere Fahrt höhere Grenzen und berichtet anhand der sich errechnenden Akku-Kapazität, ob die Total Energy Anzeige bis zu dieser von Euch gewählten höheren Grenze noch den tatsächlichen Verbrauch vollständig erfasst hat oder ob bei dieser Grenze bereits nicht erfasste Verluste aufgetreten sind. Ich bin gespannt :)
Zuletzt geändert von MichaHamburg am 11. Nov 2014, 18:18, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von snooper77 » 11. Nov 2014, 12:33

Sehr, sehr interessante Analyse!

Ich gehe davon aus, dass das erstens damit zu tun hat, dass Akkus, die schneller entladen werden, weniger Kapazität bereitstellen (einfach mal Bilderusche nach 'Endladekurve li-ion'), verursacht durch den höheren Innenwiderstand.

Zweitens kommt es natürlich auch ganz drauf an, an welcher Stelle Tesla die Strommessung vornimmt. Direkt hinter dem Akku würde vermutlich am meisten Sinn machen, vielleicht ist es aber auch erste nach dem Inverter (der bei höheren Leistungen vielleicht etwas ineffizienter wird).
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von Eberhard » 11. Nov 2014, 12:37

Ich kann die Erfahrung voll bestätigen.

Die Kapazität kann man eigentlich nicht in kWh rechnen sondern korrekterweise in Ah.
Es ist ja nicht bekannt, auf welchem Spannungsniveau die Ströme fließen, bzw. wie stark der Spannungseinbruch bei Leistungsabruf sein wird. Die Formel P = I quadrat R sagt aus, die Verlustleistung in der Batterie ist im Quadrat zum Strom. Doppelter Strom = vierfacher Verlust.

Wer sparsam unterwegs ist mit max 20kW wird 5-7% mehr Arbeit der Batterie entlocken als wenn jemand ständig 130-140km/h fährt. Bei unseren Rekordfahrten in Hilden von > 500km wird das besonders gut ersichtlich. Die 120km/h Fraktion hatte >5% weniger Arbeit der Batterie entnehmen können.
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von chris_bonn.de » 11. Nov 2014, 12:44

Um sicher zu sein, keine Meß-Enten zu verfolgen, täte mich interessieren, wie viel Strom nach solchen Fahrten nachgetankt werden muß (Stromzähler in Ladebox), um die Werte mit den gemäß BC mutmaßlich verbrauchten kWh vergleichen zu können.
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von snooper77 » 11. Nov 2014, 12:48

chris_bonn.de hat geschrieben:Um sicher zu sein, keine Meß-Enten zu verfolgen, täte mich interessieren, wie viel Strom nach solchen Fahrten nachgetankt werden muß (Stromzähler in Ladebox), um die Werte mit den gemäß BC mutmaßlich verbrauchten kWh vergleichen zu können.


Auch das ist schwierig, weil du den Wirkungsgrad des Gleichrichters im Auto einbeziehen müsstest, was du aber nicht kannst.
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von segwayi2 » 11. Nov 2014, 12:49

die vorherigen Beiträge lassen als Schlussfolgerung zu das es zumindest extrem schwierig ist eine Degradation nachzuweisen.
Ich gehe das etwas flacher an. Einen Neuwagen mit gleichem Release wie den eigenen anschauen, dann mit dem eigenen Wert inkl. nicht angezeigter Kilometer mit Leveling vergleichen dann hat man einen sehr guten Näherungswert.

Beispiel:
TRange Neuwagen aktuelle Soft z.B 400km
eigener Wagen gleiche Soft zB. 385km plus 5km Leveling macht 390km
Degradation ca. 10km

Das kann man auch mit RRange machen, dürfte ungefähr das gleiche rauskommen.
Die Rechnung ist grob dürfte aber gemittelt ziemlich gut hinhauen
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von models_ch » 11. Nov 2014, 12:57

Ich frage hier nochmals: Woher kommt die Grafik mit der Zero Mile und Bricking Protection? Die Grafik ist schon 2012 im amerikanischen Forum aufgetaucht und es gab mindestens eine Änderung der Zero Mile Protection (weiss nicht mehr welche Firmware genau 4.xx etwas)

Solange es keine offiziellen Informationen dazu gibt ist das alles nur Spekulation.
Bei uns wurde vor ca. 3 Monaten bei der letzten 100% Ladung nur noch 380 Typical angezeigt. Dies ist auf die ständigen Teilladungen (Ungenauigkeit des Algorithmus) und auf Typical Range selber zurückzuführen. Was man auch beobachten kann ist wenn man nur noch beispielsweise auf 70% lädt die angezeigte Reichweite stark zurückgeht, jedoch mit einigen 90% Ladungen wieder mehr angezeigt wird (bei 70%).
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von segwayi2 » 11. Nov 2014, 13:01

ich hätte dazuschreiben sollen. Der Wert nach ein paar Leveling Ladungen und nicht nach Monaten der Teilladungen. Da kann man wirklich keine Aussage treffen.
Ansonsten bin ich überzeugt funktioniert es so ganz gut. Zu sehen wenn ein neues Akkupack installiert wird, springt die Anzeige sofort auf Neuwert. Ich bin mir sicher wenn das alte Akkupack drunter kommt sofort auch wieder zurück. Müssten die ein/zwei Leute die zurzeit mit Leihpack unterwegs sind mal nachprüfen. So ungenau kann die Anzeige (Leveling vorausgesetzt) also nicht sein
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von Yellow » 11. Nov 2014, 13:54

models_ch hat geschrieben:Was man auch beobachten kann ist wenn man nur noch beispielsweise auf 70% lädt die angezeigte Reichweite stark zurückgeht, jedoch mit einigen 90% Ladungen wieder mehr angezeigt wird (bei 70%).

Das kann ich bestätigen!
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Re: Fehler bei Akku-Kapazitätsermittlung!

von Yellow » 11. Nov 2014, 13:58

MichaHamburg hat geschrieben:Gelesen hatte ich aber auch von Energie-Verlusten bei starkem Beschleunigen und ggf. bei Hochgeschwindigkeitsfahrten.

Ja das nennt sich Peukert-Zahl (-Formel oder -Gleichung) und hatten wir mal hier im Forum besprochen.

"Die Peukert-Gleichung (benannt nach Wilhelm Peukert, der sie 1897 nach Versuchen an Bleiakkumulatoren aufstellte) beschreibt das Speichervermögen von Primär- oder Sekundärzellen (bzw. Batterien aus ihnen) in Abhängigkeit vom Entladestrom: je höher der Entladestrom (Entladung pro Zeiteinheit; engl. discharge rate), desto weniger elektrische Energie (Kapazität der Zelle, engl. capacity, mal ihre Spannung) kann entnommen werden. Dieser Effekt wird auch Peukert-Effekt oder englisch rate-capacity effect genannt."
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