Probe aufs Exempel - Teil 2

22.08.2022 von Gastautor

Feldversuch zum Alltagsbetrieb eines Elektroautos

Erfahren Sie im zweiten Teil des Feldversuchs mit dem VW ID.3, mit welchen Ladeverlusten man im Mittel rechnen muss und wie sich die Batteriekapazität über die Fahrstrecke von 50.000 Kilometern verringert hat.

Ladeverluste beim Elektrofahrzeug

Das Elektrofahrzeug wurde im betrachteten Zeitraum 209-mal geladen. Davon 208-mal an einer 11-kW-AC-Ladeeinrichtung und einmal an einem DC-Schnelllader. Der „Fahrverbrauch“ des Fahrzeugs im Jahresdurchschnitt betrug 14,4 kWh/100 km, der durchschnittliche „Ladeverbrauch“ dagegen 16,2 kWh/100 km. Damit ergibt sich ein mittlerer Ladeverlust von ca. 12 Prozent!

Verbrauchswerte Ø min. max.
Fahrverbrauch: 14,4 kWh/100 km 10,8 kWh/100 km 25,9 kWh/100 km
Ladeverbrauch: 16,2 kWh/100 km 12,3 kWh/100 km 31,1 kWh/100 km
Weitere Ladedaten
Anzahl AC-Ladevorgänge 208
Anzahl DC-Ladevorgänge 1
Ø Ladeverlust: 12,1 %
Ø Energieentnahme je Zyklus: 21,1 kWh
Ø Ladeabstand: 1,8 Tage
mittl. Fahrstrecke je Zyklus: 146 km
Ø Ladezustand vor Fahrzyklus: 81,7 %
Ø Ladezustand nach Fahrzyklus: 43,2 %
Ø Speichernutzung: 38,9 %

Ladeverluste beim Elektrofahrzeug

Die in der Tabelle aufgeführten statistischen Betriebswerte zeigen einige interessante Erkenntnisse. Als Erstes sei hier die reale Nutzung der Fahrbatterie des Elektrofahrzeugs hervorgehoben. Es zeigt sich, dass sich im alltäglichen Fahrbetrieb ein schonender Lade- und Entladebetrieb realisieren lässt. Im Durchschnitt musste die Batterie auf nicht mehr als die empfohlenen ca. 80 Prozent aufgeladen werden. Auch die Entladung war im Schnitt nur bis etwa 40 Prozent erforderlich. Dies ist für die Lebensdauer der Batterie optimal.

Weiterhin zeigt die Tabelle, dass bei einer jährlichen Fahrleistung von ca. 30.000 km statistisch etwa jeden zweiten Tag geladen werden muss. Und dies ist an einer batterieschonenden 11 kW Ladeeinrichtung möglich. Da die Betriebskosten durch den Energiebedarf beim Laden bestimmt werden, ist der „Ladeverbrauch“ eine wichtige Größe. Hierbei zu berücksichtigen ist jedoch, dass die einzelnen Ladeverlustwerte stark streuen (zwischen 2 und 25 Prozent) und somit die Verlustermittlung nur über entsprechend viele Datenwerte sinnvoll ist. Mit dem über mehr als 200 Ladevorgänge ermittelten Wert von ca. 12 Prozent über einen Zeitraum von einem Jahr kann der für das hier eingesetzte Elektrofahrzeug ermittelte Ladeverlust als statistisch gesichert betrachtet werden.

Degradation: Wie gut hält der Akku durch?

Ein bedeutendes Thema bei Elektrofahrzeugen ist die Kapazitätsabnahme der Fahrbatterie (Degradation). Die Degradation ist von der Nutzung und dem Alter der Batterie abhängig und kann grundsätzlich nicht verhindert, sondern bestenfalls minimiert werden. Die bekannten Einflussfaktoren sind Auflade- und Entladeleistung, Auf- und Entladestand sowie die Zeit.

Um die Degradation der Fahrbatterie des verwendeten Elektrofahrzeugs zu prüfen, wurden explizite „Kapazitätsmessfahrten“ durchgeführt. Dazu wurde die Batterie auf 100 Prozent geladen und anschließend mit einer nahezu unterbrechungsfreien Fahrt bis auf 0 Prozent entladen. Um die inneren Verluste der Batterie (bedingt durch den Innenwiderstand) gering zu halten, wurde die Fahrt mit niedriger Leistung (durchschnittliche Geschwindigkeit ca. 80 km/h) durchgeführt. Aus der zurückgelegten Fahrstrecke und dem Fahrverbrauch wurde so die der Batterie entnehmbare Energie berechnet und mit der Nutzkapazität im Neuzustand verglichen. Da das vollständige Auf- und Entladen die Degradation fördert, wurde die Messung nicht mehrfach durchgeführt. Daher sind die ermittelten Werte zwar nicht statistisch sicher, repräsentieren aber dennoch hinreichend genau den zu erwartenden Degradationstrend.

Fahrleistung entnehmbare Energie Degradation Reichweite bei Ø-Verbrauch Reichweiten- verlust
neu 54,0 kWh 0,0 % 374,1 km
ca. 25.000 km 53,3 kWh 1,3 % 370,1 km -1,1 %
ca. 50.000 km 52,6 kWh 2,5 % 365,3 km -2,4 %

Eine Degradation von unter drei Prozent nach etwa 50.000 km Fahrleistung entkräftet die häufig vorherrschende Befürchtung eines rapiden Kapazitätsverlustes der Fahrbatterie und somit eines entsprechenden Reichweitenverlustes. Aus anderen Untersuchungen zu diesem Thema ist bekannt, dass die Degradationskurve im Laufe der Fahrzeugnutzung eher abflacht, sodass deren lineare Fortschreibung nicht sinnvoll erscheint. In der Praxis bedeutet dies, dass auch bei einem Elektrofahrzeug mit hoher Laufleistung und dem hier vorgestellten Nutzungsprofil noch mit einem hohen Gebrauchswert zu rechnen ist.

Text und Abbildungen: Ansgar Wego

Teil 1 des Zweiteilers zum Feldversuch verpasst?

Erfahren Sie im ersten Teil des Gastbeitrags, wie stark sich der Verbrauch und die Reichweite aufgrund der Jahreszeiten verändert und wie groß die nutzbare Kapazität der Batterie des VW ID.3 ist.

Über den Autor:

Prof. Dr.-Ing. Ansgar Wego lehrt an der für Fakultät für Ingenieurwissenschaften im Bereich Elektrotechnik und Informatik an der Hochschule Wismar. 2001 promovierte er auf dem Gebiet der Elektroniktechnologie und war daraufhin Entwicklungsingenieur und Bereichsleiter bei verschiedenen Unternehmen auf dem Gebiet der Sensortechnik. Seit 2010 ist Ansagr Wego Professor an der Hochschule Wismar.

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