Reichweite im Winter

[yetga]

Anmerkung zu #20
Ich fahre gesittet. Meine errechnete Durchschnittsgeschwindigkeit lt. Anzeige beläuft sich übrigengs auf ~37km/h Auf dem Weg gibt´s leider nur 3x 3 km mit max. 70 km/h der Rest 30 oder 50. Deshalb ist der Spring für uns/mich optimal.
Man kann mit dem Spring nicht so unterwegs sein, wie mit einem Benziner. Das rächt sich leider in der Akkuleistung!

 

[Rudi Rüssel]

Der Dezember ist fast um,Januar und Februar bissel Durststrecke und dann gehts wieder aufwärts.......passt schon

 

[Rudi Rüssel]

Nur mal so am Rande erwähnt,mein Model 3 Long Range Reichweite 620km
kackt deutlich mehr ab bei den Temperaturen,hat natürlich mehr schnick schnack, Reichweite momentan weniger ca 200km
Dagegen ist der Spring mit 50 km weniger ein Witz
Das vorkonditionieren der Batterie beim Tesla verbraucht am meisten Energie

 

[yetga]

Meiner braucht nun 20kW|h auf 100km.
Warm, Licht und vorheizen kostet halt.

...wer es sich leisten kann. Gern.
Die Strompreise ab Januar
Möchte auch mal auf hohem Niveau jammern.

 

[ivhp]

…das sagte ich; @Kiokai schrieb das mir dem „niedrigeren Temperaturbereich“.

Ich erläutere es noch mal: Was drin ist an Energie, bleibt, auch wenns kalt wird, drin.
Aber nutzen kann man die Energie, die drin ist, bei Kälte nicht so gut, weil der kalte Li-Ion-Akku bei Kälte träge wird, und Strom nicht mehr so schnell aufnehmen oder abgeben kann.
Darum reduziert der Spring bei CCS-Ladung im Kalten die Ladeleistung.
Und darum passiert es den Schifahrern im Winter auf der Piste regelmäßig, dass ihr Handy abschaltet, obwohl es doch gerade noch voll geladen war.
Hintergrund: Der Akku ist natürlich weiterhin voll, aber so kalt, dass das Handy nicht mehr die Stormstärke ziehen kann, die es braucht. Dann bricht die Spannung zusammen, das Handy denkt, der Akku wäre leer, und schaltet ab.
Sobald dieses Handy im Warmen wieder „aufgetaut“ist, zeigt es auch wieder einen vollen Akku an. (logisch, der Akku war die ganze Zeit voll, nur konnte er den Strom eben nicht abgeben). Das schadet dem Akku auch nicht, im Gegenteil, bei Kälte altert er sogar langsamer. Ist halt dooferweise in dieser Zeit schlechter (bis gsr nicht) zu gebrauchen.

Das ist der ganze Zauber mit der Kälte und den Li-ion-Akkus (oder Li-Po, da sind die beiden fast identisch). Alles anderen Schauergeschichten sind Märchen, sprich physikalisch einfach falsch.

Warum der Spring im Winter weniger Reichweite hat: Zusätzliche Verbraucher, mehr Reibung in Motor und Getriebe und Lagern. Aber nicht weniger Ladung (dann müsstest/könntest Du ja im Winter auch nur weniger kWh hineinladen, was ja nicht der Fall ist!)

Der Akku verliert schon real Kapazität in der Kälte, wenn er in der Kälte entladen wird.
Wenn man den Akku warm läd und dann abkühlt und wieder aufheizt hat man natürlich nichts verloren.

Wenn man aber den kalten Akku entlädt kann man nur weniger Energie entnehmen.
Warum? Weil der innenwiderdstand der Li ion Zelle deutlich ansteigt. Nicht linear, sonder überproportional ab 0 Grad. Die zähere Bewegung der Ionen ist absolut korrekt, hat aber die Wirkung, dass der innenwiderstand steigt. Damit wird mehr Wärme erzeugt beim entladen. Leider ist der Wärmeübergang bei niedrigen aussentempersturen auch besser (20 Grad kühlen bei 10 Grad Umgebung langsamer ab als bei - 10 Grad) so dass der Akku sich bei wenig Belastung zu wenig erwärmt.

Außerdem schlägt zusätzlich zum innenwiderstand noch die nernst gleichung rein. Die senkt die zellspannung der chemischen Reaktion. Das macht nicht viel aus, aber die gleiche Menge an übertragenen Li Ionen liefern dann gleich wie A, aber bei etwas weniger V.

Insgesamt hat man bei tiefen Temperaturen ohne Heizung ohne Licht ohne andere Reifen einen nicht zu vermeidenden mehrverbrauch, der in Wärme verschwindet. Vermeiden kann man es nur, wenn der Akku in einer Garage vorgewärmt wird und durch fahren warm gehalten wird.
Kalt laden hat durch den hohen innenwiderstand übrigens auch erhöhte ladeverluste.

 

[Tom ate]

Hi @ivhp , klasse, dass Du in diese Diskussion einsteigst. Das freut mich total!

Der Akku verliert schon real Kapazität in der Kälte, wenn er in der Kälte entladen wird.
Wenn man den Akku warm läd und dann abkühlt und wieder aufheizt hat man natürlich nichts verloren.

...das ist doch in sich unlogisch, oder? Wenn er in der Kälte real Kapazität verloren hätte, wäre sie ja nach aufheizen nicht wieder da, oder? Wo soll sie denn in der "Zwischenzeit" - also so lange der Akku kalt war, gewesen sein? Du schreibst es ja selbst, dass er "nichts verloren" hätte nach ein mal Abkühlen und wieder aufwärmen.
Ich denke, Du willst hier auf das unten von Dir erläuterte Wärmeerzeugen hinaus. Aber dann wäre es kein Kapazitätsverlust, sondern ein zusätzlicher Verbraucher (nämlich die Akkuselbstaufheizung)

Wenn man aber den kalten Akku entlädt kann man nur weniger Energie entnehmen.
Warum? Weil der innenwiderdstand der Li ion Zelle deutlich ansteigt. Nicht linear, sonder überproportional ab 0 Grad. Die zähere Bewegung der Ionen ist absolut korrekt, hat aber die Wirkung, dass der innenwiderstand steigt. Damit wird mehr Wärme erzeugt beim entladen. Leider ist der Wärmeübergang bei niedrigen aussentempersturen auch besser (20 Grad kühlen bei 10 Grad Umgebung langsamer ab als bei - 10 Grad) so dass der Akku sich bei wenig Belastung zu wenig erwärmt.

Sehe ich genauso, hielt den Effekt aber, zumindest bei den großkapazitären Akkus wie beim Spring, für vernachlässigbar. Außerdem reden wir beim Spring ja von Entladeraten <1C. Hast Du da Werte? Weil zum einen geht der gesamte Verlust ja in Wärme - so viel Wärme ist es dann aber nach Deinen Worten ja auch nicht. Und der Fahrtwind weht die Wärme am Rand natürlich weg, aber ich kann mir zumindest nicht vorstellen, dass das bei einem so großen und dicht gepacktem Akku wie dem eines e-Autos relevant ist. Aber vielleicht irre ich mich ja auch, daher meine Frage.

Außerdem schlägt zusätzlich zum innenwiderstand noch die nernst gleichung rein. Die senkt die zellspannung der chemischen Reaktion. Das macht nicht viel aus, aber die gleiche Menge an übertragenen Li Ionen liefern dann gleich wie A, aber bei etwas weniger V.

Das war mir nicht bekannt, und so, wie Du es beschreibst, würde das tatsächlich die Kapazität senken. Du schreibst, das sei nicht viel. Hast Du hier evtl. auch Zahlen?

Insgesamt hat man bei tiefen Temperaturen ohne Heizung ohne Licht ohne andere Reifen einen nicht zu vermeidenden mehrverbrauch, der in Wärme verschwindet. Vermeiden kann man es nur, wenn der Akku in einer Garage vorgewärmt wird und durch fahren warm gehalten wird.
Kalt laden hat durch den hohen innenwiderstand übrigens auch erhöhte ladeverluste.

Ja, mit dem Mehrverbrauch, der in Wärme verschwindet, stimme ich Dir zu (Bei Entladung und bei Ladung). Auch wenn der Mehrverbrauch aus meiner Sicht nicht durch weniger Kapazität, sondern durch den "Verbraucher" Selbstaufwärmung des Akkus kommt. Außerdem ist dieser Effekt ja selbstabschwächend. Aber wie auch immer, er kommt nicht auf der Straße an. Wie gesagt, wenn Du Zahlen hättest, wäre das klasse! Dann wäre das einschätzbar, ob das relevant ist, und falls ja, wieviel das ausmacht. Danke Dir!

 

[ivhp]

Hi @ivhp , klasse, dass Du in diese Diskussion einsteigst. Das freut mich total!


...das ist doch in sich unlogisch, oder? Wenn er in der Kälte real Kapazität verloren hätte, wäre sie ja nach aufheizen nicht wieder da, oder? Wo soll sie denn in der "Zwischenzeit" - also so lange der Akku kalt war, gewesen sein? Du schreibst es ja selbst, dass er "nichts verloren" hätte nach ein mal Abkühlen und wieder aufwärmen.
Ich denke, Du willst hier auf das unten von Dir erläuterte Wärmeerzeugen hinaus. Aber dann wäre es kein Kapazitätsverlust, sondern ein zusätzlicher Verbraucher (nämlich die Akkuselbstaufheizung)


Sehe ich genauso, hielt den Effekt aber, zumindest bei den großkapazitären Akkus wie beim Spring, für vernachlässigbar. Außerdem reden wir beim Spring ja von Entladeraten <1C. Hast Du da Werte? Weil zum einen geht der gesamte Verlust ja in Wärme - so viel Wärme ist es dann aber nach Deinen Worten ja auch nicht. Und der Fahrtwind weht die Wärme am Rand natürlich weg, aber ich kann mir zumindest nicht vorstellen, dass das bei einem so großen und dicht gepacktem Akku wie dem eines e-Autos relevant ist. Aber vielleicht irre ich mich ja auch, daher meine Frage.


Das war mir nicht bekannt, und so, wie Du es beschreibst, würde das tatsächlich die Kapazität senken. Du schreibst, das sei nicht viel. Hast Du hier evtl. auch Zahlen?


Ja, mit dem Mehrverbrauch, der in Wärme verschwindet, stimme ich Dir zu (Bei Entladung und bei Ladung). Auch wenn der Mehrverbrauch aus meiner Sicht nicht durch weniger Kapazität, sondern durch den "Verbraucher" Selbstaufwärmung des Akkus kommt. Außerdem ist dieser Effekt ja selbstabschwächend. Aber wie auch immer, er kommt nicht auf der Straße an. Wie gesagt, wenn Du Zahlen hättest, wäre das klasse! Dann wäre das einschätzbar, ob das relevant ist, und falls ja, wieviel das ausmacht. Danke Dir!

Sehr gerne, danke!

Ich hab hier mal ein aktuelles Review zu dem Thema, der Abschnitt 2.1 geht auf den Kapazitätsverlust ein:

Temperature effect and thermal impact in lithium-ion batteries: A review

Lithium-ion batteries, with high energy density (up to 705 Wh/L) and power density (up to 10,000 W/L), exhibit high capacity and great working perform…

www.sciencedirect.com

Ich sehe das mit der nicht verlorenen Energie genauso, aber die Kapazität ist ja bei einer bestimmten Temperatur gemessen worden. Dabei ist der Verlust durch den Innenwiderstand immer mit einbezogen. Bei höherem Innenwiderstand geht jetzt zwangsläufig mehr Energie im Akku in Wärme verloren und die entnehmbare Kapazität ist kleiner.
Was den Innenwiderstand angeht hab ich nur gefährliches Halbwissen im Kopf, aber ich meine bei Raumtemperatur für eine typ. Rundzelle 30mOhm die auf ca. 150mOhm ansteigen bei - 20.

Für den Kapazitätsverlust bietet das o.g Review ein paar Zahlen, nachstehend der Abschnitt zitiert. Bei - 40 Grad ist man fast bei 0, aber da ist der Akku dann auch quasi hinüber wenn man ihn betreibt... praktikabler ist die zweite Angabe, der nutzbare SOC sinkt um 25% bei der Erniedrigung von 25 auf - 15 Grad.
Natürlich hängt das extrem vom Akku Typ ab und vom Thermomanagment. Und damit natürlich die Frage Kurzstrecke oder Langstrecke usw.
Meine jetzt nicht belegte Einschätzung ist, dass für Kurzstrecke bei durchgefrorenem Akku um -15 der Verlust von 25% und mehr absolut realistisch ist, aber ich frag nachher mal die Kollegen, die sich mit Zelltests beschäftigen.


The performance of LIBs will degrade at temperatures below 0 °C [48], [67]. In 2001, Nagasubramanian showed that the power and energy densities of Panasonic 18650 LIBs were ~800 W/L and ~100 Wh/L at 25 °C, and these values were reduced by 98.75% and 95% to < 10 W/L and ~5 Wh/L at −40 °C [68]. In another report, the state of charge (SOC) of a LIB, which is defined as the ratio of the present residual capacity to the overall available capacity [69], was also found to decrease by ~23% when the operating temperature decreased from 25 °C to −15 °C [70].

 

[Eigi]

Ich erläutere es noch mal: Was drin ist an Energie, bleibt, auch wenns kalt wird, drin.
Aber nutzen kann man die Energie, die drin ist, bei Kälte nicht so gut, weil der kalte Li-Ion-Akku bei Kälte träge wird, und Strom nicht mehr so schnell aufnehmen oder abgeben kann.
Darum reduziert der Spring bei CCS-Ladung im Kalten die Ladeleistung.
Und darum passiert es den Schifahrern im Winter auf der Piste regelmäßig, dass ihr Handy abschaltet, obwohl es doch gerade noch voll geladen war.
Hintergrund: Der Akku ist natürlich weiterhin voll, aber so kalt, dass das Handy nicht mehr die Stormstärke ziehen kann, die es braucht. Dann bricht die Spannung zusammen, das Handy denkt, der Akku wäre leer, und schaltet ab.
Sobald dieses Handy im Warmen wieder „aufgetaut“ist, zeigt es auch wieder einen vollen Akku an. (logisch, der Akku war die ganze Zeit voll, nur konnte er den Strom eben nicht abgeben). Das schadet dem Akku auch nicht, im Gegenteil, bei Kälte altert er sogar langsamer. Ist halt dooferweise in dieser Zeit schlechter (bis gsr nicht) zu gebrauchen.

Das ist der ganze Zauber mit der Kälte und den Li-ion-Akkus (oder Li-Po, da sind die beiden fast identisch). Alles anderen Schauergeschichten sind Märchen, sprich physikalisch einfach falsch.

Warum der Spring im Winter weniger Reichweite hat: Zusätzliche Verbraucher, mehr Reibung in Motor und Getriebe und Lagern. Aber nicht weniger Ladung (dann müsstest/könntest Du ja im Winter auch nur weniger kWh hineinladen, was ja nicht der Fall ist!)

WOW! vielen dank für die Erklärung. super Beispiele.
( das ist fast wie bei der maus, da hab Ichs auch immer verstanden )

aber ich hätte noch eine frage, kannst du das das mit dem 20 - 80 % laden auch aufklären?
bringt das jetzt wirklich was oder ist das nur ein Märchen?

 

[Gast995]

ist aus einem anderen Post ,da kannste selber mal rumbasteln

Li-Ionen Akku Lebensdauer Rechner - Stephan Klapszus

Trage Dein Nutzungs- und Ladeverhalten in den Rechner ein und erhalte als Ergebnis, wann Dein Akku vermutlich das Ende seines ...

www.klapszus.de

 

[Albrecht0803]

Einen weiteren Beitrag zur geringeren Reichweite bei Kälte leistet die Luftdichte, ganz unabhängig von den Akkueigenschaften.

Bei 0° ist die Luft ca. 7% dichter als bei 20°. Die Luftdichte geht linear in den beim Fahren zu überwindenden Luftwiderstand ein. Dieser muß durch Akkuleistung überwunden werden, was im Winter einen höheren Verbrauch verursacht.

 

[SpingerNRW]

Ich hatte vorher mit 150 km im Winter gerechnet. Das kommt so gerade hin, scheint mir.
Ich muss aber sagen, dass nach meinen Erfahrungen mit einem anderen Elektroauto Regen viel schlechter ist für die Reichweite als Kälte. Aber vielleicht täusche ich mich da. Was sagen die Spezialisten? @Tom ate z. B.

 

[Jacky_no1]

Super Ausführungen!
Ich hatte vor kurzem auch das Gefühl dass Stromvampire am Akku nagen.
Bis ich den noch angesteckten OBD Stecker im Handschuhfach entdeckte.
Jetzt sind die Reichweiten wieder "normal" für Winterbetrieb.

 

[Lodgy]

Einen weiteren Beitrag zur geringeren Reichweite bei Kälte leistet die Luftdichte, ganz unabhängig von den Akkueigenschaften.

Bei 0° ist die Luft ca. 7% dichter als bei 20°. Die Luftdichte geht linear in den beim Fahren zu überwindenden Luftwiderstand ein. Dieser muß durch Akkuleistung überwunden werden, was im Winter einen höheren Verbrauch verursacht.

Deswegen meinen Piloten die Luft im Winter sei fetter

 

[Albrecht0803]

Ja. Fühlt sich tatsächlich so an, am Steuerknüppel. Spreche aus eigener Erfahrung als Hobbyflieger…

 

[Stadsring]

Ja, ich war auch etwas erschrocken, hatte aber auch das Problem im Sommer zu starten mit dem Spring und Traumwerte zu erzeugen.

Auf der letzten Heimfahrt dann (165km) bin ich gerade so mit einem Prozent angekommen und auf der Rücktour (ca. -3°C)bin ich 90km/h gefahren und gerade so angekommen. Im Sommer war die gleiche Strecke mit 120km/h kein Problem.


Das Gute ist, jetzt weiß ich es und kann mich darauf einstellen.

Gestern Abend haben wir es z.B. geschafft den Akku von 100% auf 14% innerhalb von 115km runter zufahren, waren aber auch zu viert (Erwachsene) und die Hälfte mit Vmax unterwegs. Final dann 18,3kWH auf dem Tacho gehabt.

VMax? Zur Arbeit im Sommer 7-10% Fahrt hin, und 1 x zurück. Max 20% und liege bei Knapp 40% pro Tag zur Arbeit hin und zurück. Immer auf ECO Modus und auch meistens ohne Heizung oder wenn fan nur stuffe 1.

 

[G.R.]

Elektroautos im Winter
Praxisnahe Zusammenfassung der E.ON Energie Deutschland GmbH

Lithium-Ionen-Akku bei Kälte | EON

 

[Elektro Neuling]

Ich fahre tägl. 80km zur Arbeit, haupts. Landstraße und Ortsdurchfahrten.
Im Sommer brauchte ich dafür 36%.
Aktuell brauche ich für die gleiche Strecke mit gleichem Tempo 50%, mit 1x vorheizen & dauerhaft Heizung.
Verbrauch geht langsam nach oben. Im Sommer 10,5 kWh, aktuell 13,4 kWh. Bin gespannt wo sich der einpendelt.

 

[Tom ate]

WOW! vielen dank für die Erklärung. super Beispiele.
( das ist fast wie bei der maus, da hab Ichs auch immer verstanden )

aber ich hätte noch eine frage, kannst du das das mit dem 20 - 80 % laden auch aufklären?
bringt das jetzt wirklich was oder ist das nur ein Märchen?

Danke für die Blumen!

Zu den 20-80%: Ja, da ist sehr viel dran, man muss es für den Spring nur richtig deuten:
Hintergrund: Die Alterung des Akkus hängt vorrangig an drei Parametern:
- Zeit (logo!)
- Temperatur: Je höher desto schnellere Alterung
- Ladungszustand: Je weiter weg von der Nennspannung, desto höhere Alterung. Und bei weiterem Abstand von der Nennspannung erhöht sich der Effekt nochmal (also Knallvoll oder Knallleer ist nochmal viel schleichter als "fast" voll oder leer

Ab größer 80% oder ab kleiner 20% technischer Ladestand fängt die Kurve an, sich nochmal zu beschleunigen. Daher sollte man diesen Bereich, wenn möglich, eher meiden. Schlimm ist es allerdings nicht, solange es nicht wirklich gegen 100% oder 0% technischer Ladung geht.

Für den Spring ist wichtig: Der technische Ladungsstand ist nicht identisch mit dem im Cockpit angezeigten Ladestand! Der Spring ist erst bei ca. 103% technisch voll (auch wenn die Anzeige bei 100% aufhört), und und erst bei ca. -15% technisch leer (auch wenn die Anzeige bei 0% aufhört). Nennspannung hat er bei 43% angezeigtem Ladungswert.

Für den Spring kannst Du also die 20-80 Regel übersetzen zu einer 13% - 73%-Regel (bezogen auf die Cockpit-Werte). Aber das ist schon der absolute supergute Bereich für Akkus. Ich würde mit trauen, im Normalbetrieb jeweils 10% draufzusetzen.

Also normalerweise nicht über 83% laden, und nicht tiefer entladen als 3% (jeweils im Cockpit angezeigte Werte). Aber bis zu nochmal 10% oben mehr oder unten weniger sind auch noch völlig harmlos, solange der Akku das nicht tagelang halten muss (also bis "leicht" unter null, und oben bis gut 90%)...

Darüber hinaus - (nach oben wie nach unten) aber altert der Akku wirklich signifikant schneller. Das nur machen, wenn notwendig, und auch zeitlich nur ganz kurz...

 

[Gast1784]

Danke für die Blumen!

Zu den 20-80%: Ja, da ist sehr viel dran, man muss es für den Spring nur richtig deuten:
Hintergrund: Die Alterung des Akkus hängt vorrangig an drei Parametern:
- Zeit (logo!)
- Temperatur: Je höher desto schnellere Alterung
- Ladungszustand: Je weiter weg von der Nennspannung, desto höhere Alterung. Und bei weiterem Abstand von der Nennspannung erhöht sich der Effekt nochmal (also Knallvoll oder Knallleer ist nochmal viel schleichter als "fast" voll oder leer

Ab größer 80% oder ab kleiner 20% technischer Ladestand fängt die Kurve an, sich nochmal zu beschleunigen. Daher sollte man diesen Bereich möglichst meiden. Schlimm ist es allerdings nicht, solange es nicht wirklich gegen 100% oder 0% technischer Ladung geht.

Für den Spring ist wichtig: Der technische Ladungsstand ist nicht identisch mit dem im Cockpit angezeigten Ladestand! Der Spring ist erst bei ca. 103% technisch voll (auch wenn die Anzeige bei 100% aufhört), und und erst bei ca. -15% technisch leer (auch wenn die Anzeige bei 0% aufhört). Nennspannung hat er bei 43% angezeigtem Ladungswert.

Für den Spring kannst Du also die 20-80 Regel übersetzen zu einer 13% - 73%-Regel (bezogen auf die Cockpit-Werte). Aber das ist schon der absolute supergute Bereich für Akkus. Ich würde mit trauen, im Normalbetrieb jeweils 10% draufzusetzen.

Also normalerweise nicht über 83% laden, und nicht tiefer entladen als 3% (jeweils im Cockpit angezeigte Werte). Aber bis zu nochmal 10% oben mehr oder unten weniger sind auch noch völlig harmlos, solange der Akku das nicht tagelang halten muss...

Darüber hinaus aber leidet der Akku. Das nur machen, wenn notwendig, und auch zeitlich nur ganz kurz...

Kurze Nachfrage noch Tom ate,

die Schädlichkeit der Vollladung hängt ja von der Zeit ab. Da gehe ich mal davon aus das in "Akkusuppe" mit eine bestimmten Wahrscheinlichkeit je Zeiteinheit eine Anzahl X an schädlichen Reaktionen ablaufen.

Nun ist auch klar geworden dass der Akku bei tiefen Temperaturen sehr träge bis inaktiv wird.

Nun meine Frage: Bremst die tiefe Temperatur die schädliche Wirkung der Vollladung? Eventuell auf zwei Arten, wie etwa weniger "Überladung", weil Akku kalt beim Laden, und weniger Schaden über die Zeit, weil Akku sehr kalt und dadurch weniger Reaktionsbereitschaft?

Hintergrund: Meine Frau vergisst schon mal die Ladung zum Abend zu beenden, dann ist der Akku am Morgen bei 100% laut Anzeige.

 

[Gast1784]

Und gleich noch eine Frage hinterher:

Im Modellbauverein hat mir eine Kollege mal erklärt dass das BMS erst bei Vollladung die Zellen ordentlich
ausgleichen kann. Ist es dann auch für den Spring gut wenn meine Frau so ab und an auf 100 Prozent läd?
Und das dann am besten langsam und kühl?