Servus,

hier ein verschobener Beitrag aus dem Thread Ladegeschwindigkeit viel zu gering (1st Max 58kWh) um den Thread dort nicht zuviel mit vielleicht Offtopic zu belasten. Es geht mir um die Batteriekonditionierung im ID.3 und zunächst um Annahmen wieviel diese Kosten könnte, später noch eine Datensammlung wie sich das z.B. bei Tesla verhält:

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Ich hatte es ja weiter oben schon einmal geschrieben.
Ich denke man muss sich bewusst machen wieviel es eigentlich kostet, also Zeit und Energie, einen Akku aufzuwärmen.

Punk 1, wieviel Energie benötigt man um einen Akku aufzuheizen?
Ich kenne die Wärmekapazität der Batterie leider nicht. Aber laut dieser Seite hier lionknowledge.com/2-funktionsw…apazitaet-und-erwaermung/ beträgt die Wärmekapazität bei Lithium-Ionen Zellen ist die Wärmekapazität von Lithium-Ionen-Zellen ca. 0,19 bis 0,22 Wh/(kg*K). Ich nehme mal den Wert 0,20 Wh/(kg*K). Hierbei handelt es sich nur um die Zellen, nicht das Gehäuse, Modul, Kühlflüssigkeit. Stahl hat ungefähr 0,125 Wh/(kg*K). Eisen etwas weniger. Wasser dagegen 4,18 Wh/(kg*K).
Schwierig ohne die genaue Zusammensetzung zu kennen, ich nehme trotzdem mal den Wert des Hauptbestandteils und hoffe, dass sich die Werte von Eisen, Metall, Plastik und Wasser etwas gegenseitig ausgleichen. Nur um eine Ahnung von der Größenordnung zu bekommen.
Angenommener Wert: 0,20 Wh/(kg*K)

Punkt 2, wie warm ist der Akku bei Start, wie warm muss er zum Schnellladen sein?
Gute Frage, nehmen wir an das Fahrzeug steht heute über Nacht, der Akku hat Zeit auszukühlen und es sind kuschlige 5°C. Weiterhin nehme ich an, der Akku braucht mind. 25°C um gut laden zu können, Teslas heizen glaube ich auf 50°C und mehr auf wenn es ums Schnellladen geht.
Aufgabe: Aufheizen von 5°C auf 25°C.

Punkt 3, wie lange haben wir Zeit um aufzuheizen?
Also man fährt los und will direkt an den Schnelllader. Wie lange haben wir hier Zeit? 15 Minuten? Wieder eine gute Frage.
Aufgabe: 15 Minuten, 30 Minuten oder 60 Minuten Zeit vor Schnellladung.

Punkt 4, wieviel Wärme kommt schon durch die Verluste bei der Fahrt in den Akku?
Beim Laden sehen wir 5% Verluste. Die Ladeleistung beträgt ca. 20-100 kW. Die Motorleistung ist ca. 150 kW, dauerhaft bewegt man sich im Schnitt eher bei 10-20 kW hätte ich gesagt. In unserem Fall würde bei 5% Verlusten und 20 kW Leistung dann bei
Aufgabe: 15 Minuten 0,25 kWh, 30 Minuten 0,50 kWh und 60 Minuten 1 kWh von den Verlusten in den Akku eingebracht werden.

Punkt 5, wie schwer ist der Akku?
Laut Wikipedia ist der 58er Akku 385 kg schwer. de.wikipedia.org/wiki/VW_ID.3
Aufgabe: 385 kg Gewicht.

Man sieht schon, viele, viele Annahmen. Was kommt dabei heraus?
Bei diesen Vorgaben benötigt der Akku 1,54 kWh Heizenergie um von 5°C auf 25°C aufgeheizt zu werden. Auf 45°C wäre entsprechend doppelt so viel Energie nötig.
15 Minuten Anfahrt: Von den 1,54 kWh werden 0,25 kWh aus den Verlusten an Wärme eingebracht. Für die restlichen 1,29 kWh benötigt man eine Heizleistung von 5160 Watt um den Akku rechtzeitig zum Schnelllader auf Temperatur zu haben. Auf der Verbrauchsanzeige stehen bei 100 km/h Reisegeschwindigkeit +5,16 kWh/100 km Mehrverbrauch.
30 Minuten Anfahrt: Von den 1,54 kWh werden 0,50 kWh aus den Verlusten an Wärme eingebracht. Für die restlichen 1,04 kWh benötigt man eine Heizleistung von 2080 Watt um den Akku rechtzeitig zum Schnelllader auf Temperatur zu haben. Auf der Verbrauchsanzeige stehen bei 100 km/h Reisegeschwindigkeit +2,08 kWh/100 km Mehrverbrauch.
60 Minuten Anfahrt: Von den 1,54 kWh werden 1,00 kWh aus den Verlusten an Wärme eingebracht. Für die restlichen 0,54 kWh benötigt man eine Heizleistung von 540 Watt um den Akku rechtzeitig zum Schnelllader auf Temperatur zu haben. Auf der Verbrauchsanzeige stehen bei 100 km/h Reisegeschwindigkeit +0,54 kWh/100 km Mehrverbrauch.

Bei all diesen Werten muss man jedoch genau wissen wie lange man noch bis zum Schnelllader Zeit hat um festzulegen wieviel Heizleistung nötig ist um die Batterie rechtzeitig vorzukonditionieren. Je nach verfügbarer Heizleistung, echten Wirkungsgradverlust, echter Wärmekapazität, usw. ist es teilweise wahrscheinlich physikalisch gar nicht möglich den Akku rechtzeitig hochzuheizen. Bei anderen Bereichen ist die Frage ob es ökonomisch Sinn macht.

Also will man bei der Anfahrt zusätzlich Energie in eine Akkuaufheizung investieren um dann beim Laden die Wirkungsgradverluste wieder mit Aufwand aus der Batterie zu schaufeln, also Energie für die Kühlung aufzuwenden?
Genau das wird wohl der Grund für die hohen Verbrauchsunterschiede beim Tesla zwischen Bordcomputer und Ladesäule sein. Ein Tesla ist kompromisslos darauf getrimmt eine maximale Ladeleistung sicher zu stellen ohne Rücksicht auf den dafür nötigen Energieaufwand und welche Verschwendung dafür betrieben wird. Alles für die maximale Ladeleistung. Hier wird maximal vorgeheizt und auch während des Ladevorgangs noch zugeheizt (mit entsprechendem Verbrauch) und später während des Ladevorgangs maximal gekühlt (mit entsprechender Lautstärke).

Dennoch wäre es natürlich schön selbst darüber bestimmen zu können welchen Ansatz man wählt. (Ökonomisch oder max. Ladeleistung). Da fand ich den Hinweis von @mobafan recht spannend. Was wenn das gewählte Fahrprofil eventuell die Akkukonditionierung beeinflusst?

Ich würde mir auch sehr gerne anschauen wieviel Heizleistung beim ID.3 investiert wird, welche Temperatur der Akku bei welchen Ladegeschwindigkeiten hat. Wieviel Energie nötig ist um den Akku auf Temperatur zu bringen. Wann und ob so eine Heizung aktiviert wird. usw. usw. Sehr spannend.

Ach ja, wichtige Frage zum Schluß. Da ja eine Wärmepumpe grundsätzlich ca. im Bereich 1:3 günstiger Heizenergie zur Verfügung stellen kann. Ist es eventuell möglich, dass ein ID.3 mit Wärmepumpe wesentlich mehr Heizleistung für die Akkukonditionierung aufbringt als ein ID.3 ohne Wärmepumpe? Also könnte es möglich sein, dass VW meinetwegen 2 kW für die Akkuheizung vorsieht und wenn das Fahrzeug eine Wärmepumpe hat kommen meinetwegen 6 kW dort an und ohne Wärmepumpe eben nur 2 kW. Dagegen spricht die Erfahrung von @Mimikri, soweit ich sehe hat er einen ID.3 1st Max und dieser hat eine Wärmepumpe. Dennoch scheint die Ladeleistung oft zu gering.

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In den folgenden beiden Links von Tesla-Fahrern wurde das Verhalten und die Kosten für die Batteriekonditionierung im Tesla ermittelt. Ich versuche jeweils den Inhalt etwas zusammenzufassen um später Rückschlüsse auf das Verhalten im ID.3 ziehen zu können.

Link 1: elektrifiziert.net/blog/index.…-beim-oder-vor-dem-laden/

In diesem Link geht es um die DC-Ladung beim Model 3 und wie es sich verhält.
Er sieht folgendes Verhalten:

1. Erster SuC - Aktives Vorheizen auf der Fahrt zum SuC (Hat man einen Supercharger als Ziel und der SOC unter 50% wird der Akku auf mind. 30°C während der Fahrt geheizt, es sei denn der SOC ist unter 20%.)
   
2. Heizen am Suc auf bis zu 50Grad - kann temporär auch mal ~55Grad werden
   
3. Kühlen auf <50 Grad bei Verlassen
   
4. Passives runtergehen bis ca. 30Grad (liegt jetzt am Fahrstil ob es überhaupt fällt oder wie schnell)
   
5. Man kommt tpischerweise mit ~Grad beim nächsten SuC an, so dass weitere akltives Heizen kaum nötig ist weiter mit 2.
   

Es erfolgt also ein ständiger Wechsel zwischen aufheizen und abkühlen.

Link 2: tff-forum.de/t/leistung-der-ba…aehrend-klima-laden/31571

In diesem Link geht es um 3 Tests bei denen ermittelt wird wie sich das Tesla Model 3 Long Range Modell verhält wenn man die Standklimatisierung aktiviert. Die Quintessenz aus den Versuchen ist, dass der Tesla immer versucht die Batterie auf Temperatur zu bringen sobald man die Standklimatisierung aktiviert oder ihn auch nur zum Laden ansteckt. Die Zieltemperatur kann man scheinbar im Steuergerät unter "Target bat ActiveHeat" ablesen. Sie steht auf -7°C (könnte darauf hindeuten, dass er unter dieser Zahl sogar heizt selbst wenn weder Klimatisierung eingeschaltet ist noch die Ladung aktiviert ist). Während der Klimatisierung oder dem Laden steht dieser Wert dann bei 13°C bis 22°C rum. Genau weiß ich nicht wie das Steuergerät den Zielwert bestimmt. Teilweise wird sogar die gesamte Leistung aus der Wallbox zunächst in die Akkukonditionierung gesteckt und erst anschließend geladen.

Einer berichtet davon, dass ein Model 3 erst 24 Minuten lang mit 7 kW den Akku von 0°C auf 15°C heizt und anschließend erst lädt. Er schließt daraus, dass zunächst 2,8 kWh beim Laden aufgewendet werden um den Akku auf Temperatur zu bringen. Das wäre deutlich mehr als z.B. meine oben angenommenen 1,54 kWh für 5°C bis 25°C für den ID.3 58 Akku.

In dem Forum diskutieren sie darum warum man die Akkukonditionierung nicht ausschalten kann. Oft kostet sie unnötig Energie auf der Kurzstrecke und man will sie vielleicht gar nicht. Manche schalten ihre Inennraumheizung nicht mehr per Abfahrtstimer ein um die Akkuklimatisierung zu verhindern.

Im 1. Versuch hat er die Klimatisierung ohne Wallboxanschluss getestet.
Ausgangssituation:
Außentemperatur: 1°C
Innentemperatur: 1°C
Batterietemperatur: <5°C
SoC: 70,5%
Fahrzeug nicht an Wallbox angeschlossen
Er aktiviert anschließend die Klimatisierung per App und der Tesla zieht 14 kW ab diesem Zeitpunkt.

Nach 10 Minuten:
Innenraumtemperatur: 19°C
Batterietemperatur: ~8°C
SoC: 67,9%
Leistung Innenraum- und Batterieheizung: ~10 kW
Die Klimatisierung schaltet hier ab (Zieltemperatur Innenraum erreicht).

Nach 20 Minuten:
Batterietemperatur: ~11°C
SoC: 67,8%


Insgesamt wurden für die Innenraum- und Akkuklimatisierung 1,9 kWh (2,7% SOC) verwendet.

Im 2. Versuch hat er die Klimatisierung mit Wallboxanschluss getestet.
Ausgangssituation:
Außentemperatur: 1°C
Innentemperatur: 0°C
Batterietemperatur: ~4°C
SoC: 79,7%
Fahrzeug ist an Wallbox angeschlossen
Er aktiviert wieder die Klimaanlage per App. Der Tesla zieht 19 kW ab diesem Zeitpunkt.

Nach 12 Minuten Klimatisierung ausgeschaltet:

Innenraumtemperatur: 19°C
Batterietemperatur: ~10°C
Batterieheizung: ~8 kW
Akku wird mit 3 kW geladen
SoC: 79,5%

Nach 17 Minuten Nachladen beendet:

Batterietemperatur: ~14°C
Frontmotor-Stator-Temperatur: 82°C
SoC: 79,9%

Leider kann man hier nicht sagen wieviel Energie in die Innenraum- und Akkuklimatisierung gesteckt wurde.

Im 3. Versuch lädt er nur ohne zu Klimatisieren. Er kommt also nach Hause und steckt an.
Ausgangssituation:
Außentemperatur: -0,5 °C
Innentemperatur: -1 °C
Batterietemperatur: ~6,5 °C
SoC: 80,8%
Fahrzeug ist an Wallbox angeschlossen
Ladelimit steht auf 70%
Kühlmitteldurchfluss: 5 l/min
per App Ladelimit auf 90% gesetzt

Anfangs:
Max. Leistung Batterieheizung: ~7,2 kW
3,8 kW werden in den Akku geladen
11 kW aus der Wallbox

Nach 10 Minuten:
11 kW aus der Wallbox
Max. Leistung Batterieheizung: ~8 kW
3 kW werden in den Akku geladen
Kühlmitteldurchfluss: 15 l/min
Batterietemperatur: 11 °C
SoC: 81,6%

Nach 20 Minuten:
11 kW aus der Wallbox
Max. Leistung Batterieheizung: ~3 kW
8 kW werden in den Akku geladen
Kühlmitteldurchfluss: 6 l/min
Batterietemperatur: 18 °C
SoC: 85%

Nach 35 Minuten:

11 kW aus der Wallbox
Max. Leistung Batterieheizung: ~3 kW
8 kW werden in den Akku geladen
Kühlmitteldurchfluss: 6 l/min
Batterietemperatur: 18 °C
SoC: 85%