Unbekannte Batteriekonditionierung ID.3

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    • Unbekannte Batteriekonditionierung ID.3

      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%
    • Bei dieser Betrachtungsweise erklärt sich ein Teil des Mehrverbrauchs gewisser Teslas ziemlich eindrücklich. Nach einem Update hat der Tesla meines Bruders den Akku stets auf optimaler Temperatur gehalten (auch im Winter volle Power bei Abfahrt möglich dank warmem Akku). Dies hatte zur Folge, dass der Gesammtverbrauch drastisch anstieg. Zum Glück gab es die Möglichkeit die neue "Performanceoption" zu deaktivieren. Nicht jeder braucht bereits am Morgen früh Rekordbeschleunigungen direkt nach dem Frühstück. :ill:
      Bleibt zu hoffen, dass sich VW ebenfalls dazu durchringen wird den Endkunden die Entscheidung betreffend Akkuklimatisierung zumindest teilweise zu überlassen. :pardon:
      Mit e-Golf Model 2016 in Betrieb seit 28.12.2015 am 1. e-Golf Treffen am Bodensee, am 2. in Moers und am 3. in Hann. Münden dabei gewesen :thumbup: :musicextrem:
    • Heizt der e-tron auch an der Wallbox? Wenn eine Abfahrtszeit festgelegt ist, wäre es doch sinnig, den Heizstrom aus dem Netz zu ziehen als aus dem Akku ;)
      Ich durfte mal einen Mercedes B250e probefahren, 42 kWh/100km inkl Batterieheizung, aber nur 28 kWh Akkukapazität...da war mir das das erste mal aufgefallen.
      Gruss Christian

      Sommer/Winter 13,2/15,9 kWh/100km
      Ungezählte Schneekilometer, Höhenmeter und internationale Strecken bis Rom sowie Kroatien (eGolf 300)
      PV 9 kWp Nulleinspeisung, volle Sektorenkopplung
      26qm Solar thermisch
    • christech schrieb:

      Heizt der e-tron auch an der Wallbox? Wenn eine Abfahrtszeit festgelegt ist, wäre es doch sinnig, den Heizstrom aus dem Netz zu ziehen als aus dem Akku ;)
      Ich durfte mal einen Mercedes B250e probefahren, 42 kWh/100km inkl Batterieheizung, aber nur 28 kWh Akkukapazität...da war mir das das erste mal aufgefallen.
      Ja tut er. Im Timer kann ich sogar die Sitzheizung aktivieren. Ich lade Ihn aber nicht täglich ( dafür fahre ich zu wenig), sofern er am Netz hängt wird immer per App oder Timer vorgeheizt. :)
      Der ID3 hat vom e-tron eine weitere Funktion übernommen: Beim aufschliessen wird 5min lang vorklimatisiert.
    • christech schrieb:

      Gilt das auch für die Batterieheizung? Die meinte ich eigentlich...ob sie an der Wallbox funktioniert.
      Funktioniert m.W. beides. Batterie und Innenraum.

      Wenn ich das Auto draussen eine Nacht auskühlen lasse, anschliessend 15min vorheize, und dann zum nächsten CCS Lader fahre ( etwa 20min Landstrasse) hat er auch bei 3Grad Plus sofort die volle Ladeleistung.

      Im Sommer hab ich das Experiment bei 36Grad wiederholt, auch da sofort volle Leistung.

      Nachtrag: Der e-tron heizt mit Wärmepumpe und zusätzlich 2x 5kW Heizelementen.