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Das “Geheimnis” effizienter Fahrzeuge

von Marcus Zacher

Ich bin Ingenieur in der Batterieentwicklung für Elektrofahrzeuge und betreibe den Blog Generation Strom, der sich mit Themen rund um die Elektromobilität befasst.

In der heutigen Zeit der Energiewende und des Klimawandels wird die Diskussion über sparsame und effiziente Autos immer wichtiger. Doch welche Faktoren spielen hierbei eine Rolle und welche Möglichkeiten hat der Kunde diese Faktoren zu erkennen und selbst zu seinem Vorteil zu nutzen?

Einen großen Einfluss auf die Effizienz unserer Autos hat dabei die Physik, welche sich zwar nicht überlisten, aber durchaus optimieren und positiv nutzen lässt.

Nehmen wir zum einen den Fahrwiderstand, der sich aus

  • Luftwiderstand
  • Rollwiderstand und
  • Steigungswiderstand

zusammensetzt und von jedem Fahrzeug überwunden werden muss, um sich vorwärts zu bewegen.
Dabei gilt: Je höher der Fahrwiderstand ist, desto mehr Leistung muss das Fahrzeug aufbringen, um diesen zu überwinden. Je länger und häufiger wiederum eine hohe Leistung aufgebracht wird, desto höher ist der Energiebedarf – also das Produkt aus Leistung und Zeit.

Luftwiderstand – Oder wie man dem Wind die Stirn bietet

Schauen wir uns einmal die einzelnen Widerstände im Detail an. Der Luftwiderstand eines Fahrzeugs ist vielen Autofahrern vielleicht ein Begriff. Marketingexperten bewerben gerne den einheitenlosen Luftwiderstandsbeiwert cW. Der cW-Wert ist ein Indikator für die Güte der Aerodynamik des Autos. Es wird daher ein niedriger cW-Wert angestrebt, damit das Fahrzeug leicht durch den Wind gleitet und möglichst wenig Luft tatsächlich verdrängt wird.

Der Luftwiderstand setzt sich zusätzlich aus der Stirnfläche des Fahrzeugs zusammen, also die Projektion des Fahrzeugschattens auf eine Wand, wenn man dieses von vorne beleuchten würde. Die Stirnfläche wird mit dem cW-Wert multipliziert und ergibt die effektive Stirnfläche. Je geringer der cW-Wert und je kleiner die Stirnfläche des Autos ist, desto kleiner ist folglich die effektive Stirnfläche. Logisch, dass ein flaches, schmales Auto hier deutliche Vorteile gegenüber einem großen und breiten Geländewagen hat. Die besten Fahrzeuge erreichen übrigens einen cW-Wert von unter 0,25. Bei diesen Fahrzeugen wird nur ein gutes Viertel der Luft tatsächlich verdrängt, als man aufgrund ihrer Stirnfläche erwarten würde.

Fahrzeuge mit einer guten Aerodynamik zeichnen sich durch einen niedrigen cW-Wert und eine geringe Stirnfläche aus. (Illustration von athousandjets_art)

Fahrzeuge mit einer guten Aerodynamik zeichnen sich durch einen niedrigen cW-Wert und eine geringe Stirnfläche aus. (Illustration von athousandjets_art)

Ein weiterer sehr wichtiger Einflussfaktor auf den Luftwiderstand ist die aktuell gefahrene Geschwindigkeit bzw. korrekterweise die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Fahrtwind.

Als Fahrradfahrer spürt man sehr schnell, ob man Rücken- oder Gegenwind hat. Im Auto ist das nichts anderes, allerdings bewegt sich dieses meist mit deutlich höherer Geschwindigkeit als der Wind. Je höher die Geschwindigkeit ist, umso höher wird der Luftwiderstand, denn dieser wächst quadratisch mit der Geschwindigkeit. Ein Fahrzeug, das 100 km/h fährt, hat demnach einen vier Mal so hohen Luftwiderstand zu überwinden, als ein Fahrzeug, das nur mit 50 km/h unterwegs ist.

Ab ungefähr 60 km/h wird der prozentuale Anteil des Luftwiderstands in der Summe der Fahrwiderstände immer größer und größer – bedingt durch den quadratischen Anstieg. Daher hilft ein niedriger cW-Wert vor allem bei längeren Autobahnfahrten den Verbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren – egal ob Verbrenner oder Elektroauto.

Dies ist im Übrigen ein Grund, warum Elektroautos herstellerseitig in ihrer Höchstgeschwindigkeit eingeschränkt sind. Auf der anderen Seite nutzen Elektroautofahrer selten die Höchstgeschwindigkeit aus, sondern bewegen sich eher in effizienteren, niedrigeren Geschwindigkeitsbereichen.

Rollwiderstand – Rad ist nicht gleich Rad

Eine zweite wichtige Komponente ist der Rollwiderstand. Dieser setzt sich primär aus dem Rollwiderstandskoeffizienten und dem Fahrzeuggewicht zusammen.

Der Rollwiderstandskoeffizient ergibt sich aus der Paarung von Untergrund und dem Material des Rads. Ein Autoreifen auf Beton weist einen Koeffizienten von 0,01 bis 0,02 auf. Zum Vergleich: Die Kombination aus Stahlrad auf Stahlschiene (=Eisenbahn) liegt eine ganze Zehnerpotenz niedriger, also zwischen 0,001 und 0,002.

Der Rollwiderstandskoeffizient einer Bahn ist nur ein Zehntel so hoch, wie der eines Autos. (Illustration von athousandjets_art)

Der Rollwiderstandskoeffizient einer Bahn ist nur ein Zehntel so hoch, wie der eines Autos. (Illustration von athousandjets_art)

Beim Auto versucht man also möglichst nah an die 0,01 heranzukommen. Breitreifen sind da eher kontraproduktiv. Besser sind schmale Leichtlaufreifen, die daher bei E-Auto-Fahrern sehr beliebt sind.

Kleine, leichte Autos benötigen ebenfalls nur schmale Reifen, da sie weniger wiegen. Schmalere Reifen haben einen niedrigeren Rollwiderstand, der wiederum durch das verringerte Gewicht noch geringer ausfällt. Schmale Reifen in Verbindung mit einem geringen Fahrzeuggewicht helfen demnach, die Effizienz des Fahrzeugs zu verbessern.

Steigungswiderstand – Bergauf und bergab

Fährt ein Auto einen Berg hinauf, wird es langsamer, solange man nicht mehr “Gas”, respektive “Strom” gibt – also mehr Leistung abfordert. Je schwerer ein Fahrzeug ist und je steiler der Anstieg, desto höher ist der resultierende Steigungswiderstand. Das ist soweit intuitiv nachvollziehbar.

Durch das Hinauffahren auf einen Berg steigt allerdings auch die potentielle Energie des Fahrzeugs an – schließlich wird man irgendwann den Berg auch wieder hinunter fahren. Bei der Abfahrt wird dann die potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt, woran sich der ein oder andere noch aus dem Physik-Unterricht in der Schule erinnern mag.

Mit der Reduzierung der potentiellen Energie und der Steigerung der kinetischen Energie wird das Fahrzeug immer schneller. Um eine bestimmte Geschwindigkeit dabei nicht zu überschreiten, muss das Fahrzeug abgebremst werden. Dies geschieht einerseits automatisch durch die übrigen Fahrwiderstände, anderseits reichen diese häufig nicht aus, um bei einer steilen Bergabfahrt die gewünschte Geschwindigkeit einzuhalten, weshalb das Fahrzeug weiter beschleunigt. Also muss man nachhelfen, indem man eben die Bremse betätigt.

Bei einem klassischen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor kann durch die “Motorbremse” das Fahrzeug ein Stück weit abgebremst werden. Die Räder treiben dann den Motor an, in welchen in diesem Fall kein Kraftstoff eingespritzt wird (=Schubabschaltung). Reicht die Motorbremse nicht aus, müssen die konventionellen (Reib-)Bremsen ran, welche die kinetische Energie in Wärme umwandeln.

rbremse dafür, dass bergab kein Kraftstoff verbraucht wird. (Illustration von athousandjets_art)

rbremse dafür, dass bergab kein Kraftstoff verbraucht wird. (Illustration von athousandjets_art)

Bei einem Elektroauto lässt sich dies eleganter lösen. Eine richtige Motorbremse gibt es hier praktisch nicht. Stattdessen fungiert der Elektromotor in diesem Fall als Generator, der über die Räder angetrieben wird und erzeugt elektrische Energie, die wieder in die Batterie zurückfließen kann, was Rekuperation genannt wird. Je höher die Leistung der Batterie und des Elektromotors im generatorischen Betrieb ist, desto stärker kann ein Fahrzeug abgebremst werden, ohne die konventionellen Bremsen verwenden zu müssen. Bei einem effizienten Elektroauto sollte daher die Rekuperationsleistung möglichst hoch ausfallen, damit möglichst viel Energie bei einem Bremsvorgang zurückgewonnen werden kann.

Antriebsleistung – Was der Motor leisten muss

Die erforderliche Antriebsleistung, die benötigt wird, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu halten, berechnet sich aus dem Produkt des Fahrwiderstands und der gefahrenen Geschwindigkeit. Wie bereits oben erwähnt, steigt der Luftwiderstand bereits quadratisch mit der Geschwindigkeit. Multipliziert man daher dieses Geschwindigkeitsquadrat nochmals mit der Geschwindigkeit, erhält man eine Funktion, die mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit ansteigt. Anders ausgedrückt: Um ein Fahrzeug doppelt so schnell zu bewegen, muss der Motor nicht die doppelte oder die vierfache, sondern die achtfache Leistung aufbringen!

Verdoppelt man die Geschwindigkeit, so muss der vierfache Fahrwiderstand überwunden werden. Da die notwendige Antriebsleistung ebenfalls mit der Geschwindigkeit multipliziert wird, muss der Motor bei 100 km/h sogar die achtfache Leistung als bei 50 km/h erbringen. (Illustration von athousandjets_art)

Verdoppelt man die Geschwindigkeit, so muss der vierfache Fahrwiderstand überwunden werden. Da die notwendige Antriebsleistung ebenfalls mit der Geschwindigkeit multipliziert wird, muss der Motor bei 100 km/h sogar die achtfache Leistung als bei 50 km/h erbringen. (Illustration von athousandjets_art)

Nebenverbraucher – Kleinvieh macht auch Mist!

Doch der Energiespeicher muss nicht nur die Energie bereitstellen, die der Motor benötigt, um das Fahrzeug anzutreiben. In einem Auto ist eine Vielzahl von Nebenverbrauchern verbaut, die zum Betrieb des Fahrzeugs benötigt werden und ebenfalls Energie aus dem Speicher “ziehen”.

Hierbei handelt es sich um die Nebenverbraucher, die beispielsweise aus der Komfort- und Sicherheitselektronik bestehen. Klimaanlage, Heizung, Licht und Infotainment benötigen nun einmal ebenfalls Energie. Aufgrund des hohen Wirkungsgrads des elektrischen Antriebstrangs fällt der Verbrauch dieser Nebenverbraucher bei Elektroautos besonders stark ins Gewicht.

Aufgrund des geringen Wirkungsgrads eines Verbrennungsmotors fällt genug Abwärme an, um problemlos den Innenraum damit zu heizen. Beim E-Auto sieht dies anders aus. Die Wärmeverluste sind so gering, dass zum Heizen zusätzliche Bauteile verbaut werden müssen, die im Winter schnell mehrere Kilowatt an Leistung benötigen. Heizen ist daher bei E-Autos im Winter einer der größten Energieverbraucher.

Aus diesem Grund verfügen manche E-Autos über speziell isolierte Fahrgastzellen oder Wärmepumpen, die der Umgebung die Wärme entziehen. Auch Sitz- und Lenkradheizung sind gute Ideen, da Kontaktwärme viel besser übertragen wird und dadurch weniger Strom verbraucht wird, als bei einer normalen Innenraum-Heizung, bei der der komplette Fahrgastraum aufgeheizt wird – unabhängig davon, ob man alleine oder zu fünft im Auto sitzt. Ein weiteres Beispiel ist der Einsatz von sparsamen LED-Leuchten, welche die ineffizienten Glühlampen ersetzen können.

Die Antriebsart – Fossil oder elektrisch?

Einer der wohl einflussreichsten Faktoren auf die Effizienz eines Fahrzeugs ist allerdings der Antrieb. Deutlich wird dies anhand folgender Feststellung:

Der Energiespeicher eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor ist relativ klein, kann aber große Mengen Energie speichern. Bei einem Elektroauto (BEV) sieht es anders aus: Selbst volumetrisch große Batterien wie in einem Tesla enthalten deutlich geringere Mengen Energie. (Illustration von athousandjets_art)

Der Energiespeicher eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor ist relativ klein, kann aber große Mengen Energie speichern. Bei einem Elektroauto (BEV) sieht es anders aus: Selbst volumetrisch große Batterien wie in einem Tesla enthalten deutlich geringere Mengen Energie. (Illustration von athousandjets_art)

Ein Liter Diesel oder Benzin enthält ungefähr zehn Kilowattstunden Energie. Ein Fahrzeug mit 50-Liter-Tank (z.B. ein VW Golf) fährt also 500 kWh Energie in seinem Energiespeicher spazieren. Bei 500 kWh kann selbst ein Tesla Model S nur neidisch auf den Golf schauen, kann er doch in der größten Ausbaustufe (im 100D) „nur“ 100 kWh Energie in der Batterie speichern. Das entspricht im Umkehrschluss gerade einmal 10 Litern Kraftstoff – also ungefähr der Menge, die ein durchschnittlicher PKW auf 100 bis 200 Kilometern verbraucht.

Aber wie kann dann ein großes Tesla Model S fast dieselbe Reichweite wie ein normaler Verbrenner-Golf erzielen?

Dies liegt vor allem an dem sehr hohen Wirkungsgrad eines Elektroautos mit einem batterielektrischen Antrieb (Battery Electric Vehicle = BEV). Bei einem Verbrennerfahrzeug werden ungefähr zwei Drittel der zur Verfügung stehenden Energie als Abwärme in die Umgebung abgegeben. Bei einem Elektroauto belaufen sich die Verluste nur auf ca. 10 bis 15 Prozent.

Mit 10 kWh Energie fährt ein Elektroauto ungefähr drei bis vier Mal weiter, als ein Auto mit Verbrennungsmotor. (Illustration von athousandjets_art)

Mit 10 kWh Energie fährt ein Elektroauto ungefähr drei bis vier Mal weiter, als ein Auto mit Verbrennungsmotor. (Illustration von athousandjets_art)

Bei dreifacher Effizienz muss folglich auch nur ein Drittel der Energie gespeichert werden, um die gleiche Reichweite zu erzielen.

Die Batterie als Energiespeicher hat jedoch auch Nachteile gegenüber einem einfachen Kraftstofftank: Sie ist deutlich schwerer, größer und teurer. Außerdem werden für die Produktion große Mengen Energie und Rohstoffe benötigt, weshalb es naheliegend ist, die Batterie so klein wie möglich auszulegen. Durch weitere Optimierungen, wie ich sie in den vorangegangen Absätzen erläutert habe, schafft es so ein Tesla mit einem Bruchteil der Energie auszukommen, die sonst ein durchschnittlicher Verbrenner benötigt.

Fazit – Effizienz hängt von Auto und Fahrer ab

Schlussendlich hat der Kunde mehrere Möglichkeiten, beim Kauf eines Fahrzeugs auf dessen Effizienz zu achten. Vor allem bei Elektroautos lohnt sich ein genauer Blick, da die Energiespeicher, also die Batterien, immer noch relativ klein und teuer sind.

Sei es der cW-Wert, die Reifengröße, die Antriebsart oder, speziell bei Elektro- und Hybridautos, die Rekuperationseigenschaften – alle Punkte haben einen hohen Einfluss auf die Effizienz. Zusätzlich hat der Fahrer aber auch die Möglichkeit selbst Einfluss darauf zu nehmen, in dem er die Geschwindigkeit anpasst, beim späteren Kauf auf Leichtlaufreifen setzt oder im Winter lieber nur die Sitzheizung laufen lässt, statt den ganzen Innenraum aufzuheizen.

Nicht zuletzt hängt der Verbrauch jedes noch so effizienten Fahrzeugs vom Fahrverhalten des Fahrers ab. Daher ist vorausschauendes Fahren mit einer guten Ausnutzung der bereits investierten Energie immer noch der Erfolgsfaktor schlechthin.

Bildnachweis: Alle Illustrationen hat athousandjets_art exklusiv für diesen Artikel erstellt. Vielen Dank :-)

Kommentare (30)

  1. #1 Leser
    29. Oktober 2018

    Wer schon mal bei feuchtem Wetter mit 4 Personen im Auto gefahren ist, der weiß auch, wie wichtig es ist, die Scheiben mit warmer trockener Luft anblasen zu können. Eine Heizung ist also manchmal kein Luxus sondern sicherheitsrelevant. Ähnlich ambivalent verhält sich das mit den Reifen. Ein breiter Reifen hat nicht nur einen größeren Rollwiderstand sondern auch erheblich mehr Bodenhaftung bei der Kurvenfahrt oder beim Bremsen. Man muß an dieser Stelle einen Kompromiß mit der Sicherheit machen.

    Ein großer Verlust im Elektroauto entsteht beim Laden/Entladen der Batterie selbst. Nutzt man diese Verluste zum Heizen ?

  2. #2 Mars
    29. Oktober 2018

    am meisten würde wohl gespart, wenn ‘mutti’ morgens die 400 m zum kindi nicht im SUV fahren würde

    die vorteile der Rekuperation muss natürlich ebenfalls vermehrt in die rechnung . hier spielt wohl das fahrzeuggewicht nicht die rolle, wie beim 3 liter auto mit benzinantrieb, wo eben alles sofort als wärme verloren geht – da braucht es eher wieder eine extra kühlung im motor

    hoffen wir, dass die batterieentwicklung weitergeht, denn hier scheint des ende noch nicht erreicht – aber manchmal politisch ausgebremst.
    leider wird wasserstoff / ‘power to gas’ immer nur am rande genutzt – ich denke da wird ebenfalls viel potential verschenkt.

  3. #3 Mars
    29. Oktober 2018

    hubbs
    das war dann wohl der beitrag vom ende der liste …

    jetzt wird sicher @FF noch etwas zur wertung schreiben (nach 50 tagen weiss das keiner mehr 😉 nur das internet vergisst nichts – haha)

    meine tabelle ist voller anmerkungen und wertungen
    mit einem ‘super-der-war-es’ genügt es diemal wohl nicht. aber die TOP10 bekomme ich sicher schnell hin

    und damit keiner traurig ist, das weihnachtsrätsel kommt sicher auch bald —- juhuuuuu!

    ein danke an alle beitragsschreiber und an @Florian
    das war ein mammut-klasse-wettbewerb

  4. #4 Captain E.
    29. Oktober 2018

    Rekuperation gibt es aber inzwischen auch schon bei Verbrennern. Die derart zurückgewonnene Energie lässt sich zwar nicht für den weiteren Fahrbetrieb nutzen, aber immerhin zum Aufladen der Batterie.

  5. #5 Mars
    29. Oktober 2018

    @ Captain

    aber simmer mal ehrlich
    …. wieviel bringt das auf – egal auf was hochgerechnet?
    eine umfassende änderungs der antriebstechnik
    UND der nutzung von mono-nutzer-fahrzeugen sieht anders aus.

  6. #6 Captain E.
    29. Oktober 2018

    @Mars:

    Schwer zu sagen, aber der Strom in einem Auto mit Verbrennungsmotor ist eine teure Angelegenheit. Vor einigen Jahren wurde einmal ein Toyota-Hybrid gegen einen BMW mit Rekuperation getestet. Erwartung: Im Stadtverkehr schlägt sich der Hybrid besser, auf der Autobahn womöglich nicht. Das Ergebnis war beide Male knapp, aber genau umgekehrt. Rekuperation scheint auch für herkömmliche Autos etwas zu bringen.

  7. #7 Marcus Zacher
    Sindelfingen
    29. Oktober 2018

    Hallo zusammen,
    heir ein paar Rückmeldungen zu euren Kommentaren:
    @Leser:
    Beim Laden und Entladen entstehen keine großen Verluste. Eine (halbwegs warme) Batterie kann mit einem Wirkungsgrad von 98% geladen und entladen werden. Die geringen Menge an Wärme, die dabei anfällt, lohnt sich kaum, zum Heizen verwendet zu werden. Beim Laden mit hohen Leistungen (>100kW) sieht das schon etwas anders aus. Aber selbst hier lohnt sich der Aufwand nicht, da zudem die meistens dann gekühlt werden muss, wenn man gar nicht heizen möchte (z.B. im Sommer).

    @Mars:
    Wasserstoff und Power-to-Gas haben bei der Erzeugung leider einen miserablen Wirkungsgrad. Klammert man diesen einmal aus (wie auch in meinem Artikel geschehen), würde ein Brennstoffzellen-Fahrzeug auf ~50% Wirkungsgrad beim Antrieb kommen. Vorteil allerdings bei kalten Temperaturen: Mit der Abwärme kann man schon ganz gut den Innenraum heizen.

    @Captain E.:
    So ist es. Bei einfachen Verbrennern nutzt man die Schubphasen, um dann gezielt die Lichtmaschine (=Generator) anzukoppeln, um damit die (12V-Blei-)Batterie zu laden. Die Verbrauchsvorteile sind allerdings minimal. Je größer die Leistung der E-Maschine und der Batterie ist, desto mehr kann über die generatorische Wirkung der E-Maschine gebremst und entsprechend Energie zurückgewonnen werden. Bei BEVs ist das ein sehr wichtiger Effekt, der einen recht hohen Anteil am Gesamtverbrauch hat (Rekuperation geht ja als negativer Verbrauch in die Bilanz ein). Daher ist es auch bei BEVs wichtig, die Rekuperationsleistung möglichst hoch zu setzen. Beim Audi e-tron sind bspw. bis zu 220 kW möglich! Ein Opel Ampera-e kommt auf ca. 70 kW. Ein Mild-Hybrid (z.B. Fahrzeuge mit 48V-Bordnetz und Verbrennungsmotor) schaffen dagegen gerade einmal 15 kW. Bei der Lichtmaschine reden wir vllt. über Leistungen von 5 kW.

    Ich freue mich über weitere Kommentare!

    VG,
    Marcus

  8. #8 Udo Schreck
    30. Oktober 2018

    Zum Rollwiderstand:
    Schmale Reifen mit geringem Rollwiderstand haben neben geringerem Rollwiderstand leider auch auch schlechtere Verzögerungswerte bei einer Vollbremsung.
    Zur Reichweite:
    Neben dem besseren Wirkungsgrad können Elektroautos beim Bremsen über Wirbelstrombremsen Energie zurückgewinnen, das erhöht die Reichweite zusätzlich.
    Zum Akku selbst:
    Nicht erwähnt werden die erfolgreichen Forschungen im Bereich der Silizium-Schwefel-Zellen mit ca. ZEHNFACHER Energiedichte bei nur 10-prozentiger Ladezeit, voll funktionsfähig ab – 60° C bis … ca. 90°C, nicht brennbar, dafür ohne seltene Rohstoffe, in der Herstellung ca. 1/3 Kosten herkömmlicher Lithium-Ionen – Akkus.
    Ladezyklenfestigkeit bisher: ca. 500. Die Zyklenfestigkeit ist Sache der Entwicklung, und ausbaufähig.
    Probleme:
    Der Ladestrom für all die Akkus muss alsdann lokal (an Tankstellen) in erheblichen Mengen zur Verfügung stehen, die Ladekabel zum Auto brauchen bei gewünscht schnellem Laden extrem große Kabelquerschnitte. Ich bin gespannt, wie die zierlichen Frauen (Achtung SEXISMUSALARM !!!) in hochhackigen Schuhen das armdicke 30 Kilogramm schwere Kupferkabel in die Ladebuchse ihres Autos stecken werden.
    In Krisensituationen kann eine Strominfrastruktur übrigens schnell und einfach zerstört werden, Sprit kann man im Gegensatz dazu einfach lagern und transportieren.
    Wenn es zu einem Stromnetz – zusammenbruch kommt, wird das Hochfahren der Kraftwerke (die gemäß grüner Ideologie alle abgeschaltet werden sollen, – denn wir wollen gemäß linksgrüner Intelligenzmedien weder Kohle, noch Öl, noch Gas und erst recht keinen ach so pösen Atomstrom – ) ein Kraftakt, der sehr lange und aufwändig sein wird.
    Auf diesen Tag freue ich mich besonders, denn dann werden all die oberschlauen Grünen Schwätzerwissenschafts – Studienabbrecher mit ihren ultakompetenten Politikern, – die den Strom im Netz speichern, – das ist alles ausgerechnet- , hoffentlich für ewig vom Hof gejagt, denn Blödheit muss bestraft werden.
    Und bevor ich mich entgültig in Tiraden gegen die unklugen Grünen und ihre Wähler versteige, höre ich hier auf …

  9. #9 user unknown
    30. Oktober 2018

    @Udo Schreck:

    Kann man das Kabel nicht an einem Arm so aufhängen, dass es nicht hochgehoben, sondern nur rübergezogen werden muss?

    Diese dummen Grünen, plädieren die nicht für dezentrale Stromgewinnung, so dass man nicht von zentralen Kraftwerken abhängig ist? Nun ja – wenn ein Krieg in unseren Breiten tobt haben wir sicher noch ganz andere Probleme.

    @Marcus Zacher:
    Im Artikel wird nicht dargestellt, wie viel Prozent der Batterie dafür eingesetzt wird, die Batterie selbst zu bewegen, bzw. im Vergleich dazu wie viel Benzin. Das wäre noch interessant, sowie generell Gewichtsunterschiede der Fahrzeuge.

    Könnte man nicht die Menschen auch in leichte Kapseln setzen und wie Rohrpost ohne Fahrzeug durch die Gegend schießen?

  10. #10 Pddow
    30. Oktober 2018

    @ Udo Schreck

    Wie wollen Sie denn mit Wirbelstrombremsen Energie – abgesehen von Wärme – zurück gewinnen?

    Haben Sie – für mich rein interessehalber – Quellen zu Ihrer Batterie?

    Zum Ladevorgang: erhöhen Sie einfach die Spannung, dann ist bei gleicher übertragener Leistung der Strom geringer, dann können Sie Ihr Kabel dünner ausführen.

    Ich glaube, dass man mit dezentraler Pv krisensicherer aufgestellt ist als mit einem großen Kraftwerk, in der Hoffnung, dass wir es nie herausfinden.

  11. #11 Wizzy
    30. Oktober 2018

    @Udo Schreck
    Also – zunächst mal – ich bin Grünenwähler und das Gegenteil von Schwätzerwissenschafts – Studienabbrecher. Allerdings auch kein sonderlich großer Gegner der Atomkraft. Als Hartewissenschafts-Studiendurchzieher sehe ich schon einige Vorteile darin “weder Kohle, noch Öl, noch Gas” zu verbrennen. Laut WHO ist die Luftverschmutzung eine der größten verbliebenen behebbaren Gesundheitsrisiken weltweit mit 7 Millionen Todesfällen pro Jahr – und das noch völlig ohne Einbeziehung des Klimawandels, der dieses Bild noch erheblich verschärft.

    Dies vorneweg, teile ich nicht das Mantra von den erneuerbaren Energien als angeblich positiv “dezentral” – mit herkömmlichen Kraftwerken muss ungemein weniger Strom transportiert werden als mit Erneuerbaren. Schon mal was von Überproduktion an der Küste und fehlenden Leitungen in den Süden gehört? So weit wie jetzt musste Strom zu keiner früheren Zeit transportiert werden. Und unflexibel sind Erneuerbare auch – da wo Wind weht und Sonne scheint, wird der Strom produziert und nicht da wo man es will oder den Strom gerade braucht. Und nun nochmal der Hinweis, dass ich trotzdem ein Befürworter der Erneuerbaren bin – aber Probleme bringen sie eben trotzdem genug mit sich.

  12. #12 Marcus Zacher
    Sindelfingen
    30. Oktober 2018

    @Udo Schreck:
    Zum Rollwiderstand: Da haben Sie natürlich recht. Um den Entgegenzuwirken, kann amn den Durchmesser der Reifen wieder erhöhen (siehe BMW i3), um eine größere Aufstandsfläche zu ermöglichen. Wer aber besonders breite Reifen aus sein Fahrzeug zieht, braucht sich über einen höheren Verbrauch nicht zu wundern 😉

    Zur Reichweite:
    Elektro- und Hybridautos haben keine Wirbelstrombremse, sondern bremsen über den generatorischen Betrieb der E-Maschine. Nur so kann elektrische Energie zurückgewonnen werden. Bei einer Wirbelstrombremse wird die Energie nur in Wärme umgewandelt (siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Retarder#Elektrodynamische_Retarder). Dieses Prinzip findet z.B. bei LKWs Anwendung.

    Zur Batterietechnologie:
    In meinem Artikel bin ich bewusst nur auf den Serienstand der Technik eingegangen. Es gibt eine riesige Anzahl an “Wunderbatterien” (Li-Luft, Li-Schwefel, Silizium-Luft, etc.), die allerdings allesamt nur im Labor und auf Knopfzellenebene funktionieren. Die Technologien sind noch nicht industrialisiert und haben fast immer einen Pferdefuß, der noch nicht gelöst ist (entweder Zyklenfestigkeit, Leistung, Temperaturbeständigkeit, Ladefähigkeit, Kosten, etc.). Bei entsprechenden Artikeln über neue Batterietechnologien muss man daher sehr kritisch sein.

    Zur Ladezyklenfestigkeit:
    Mein Elektrosmart hat bereits fast 70.000 km runter und bei 100 km Reichweite damit über 700 Zyklen. Der Kapazitätsverlust beträgt bisher ca. 6-7%. Bei 20-25% Kapazitätsverlust sagt man üblicherweise, dass die Batterie ihr Lebensende (für die Nutzung im Automobil) erreicht hat. Ich kenne auch einen Elektrosmart-Fahrer, der mit dem Fahrzeug (und der ersten Batterie) über 180.000 km abgespult hat –> 1.800 Zyklen.
    500 Ladezyklen sind also schon lange Stand der Technik. Es gibt auch nicht wenige Teslas, die mit der ersten Batterie >200.000 km gefahren sind. Grundsätzlich gilt: je größer die Batterie, desto weniger Zyklen werden für eine hohe Kilometerleistung benötigt.

    Zum Schnellladen:
    Haben Sie schon einmal eine IONITY-Ladestation besucht? Wenn nicht, sollten Sie das mal tun. Die Ladekabel sind zugegeben nicht leicht, aber so montiert (von oben herabhängend), dass man sie problemlos ins Fahrzeug stecken kann. Alles Themen, die schon längst gelöst sind.
    Gleiches gilt natürlich auch für die Tesla-Supercharger.

    Ihren restlichen Kommentar kommentiere ich nicht weiter, da wir hier sonst das bisher hohe Niveau verlassen und auf Bild-Niveau abgleiten.

    @user unknown:
    BEVs sind im Schnitt schwerer als Ihre Verbrenner-Pendats (vor allem bedingt durch das Zusatzgewicht der Batterie). das höhere Gewicht geht aber nicht 1:1 in einen höheren Verbrauch ein, da (entsprechende Rekuperationsleistung vorausgesetzt – sihe mein Kommentar von gestern), die höhere kinetische Energie eben auch zurückgewonnen werden kann. Sprich: Ein höheres Fahrzeuggewicht schlägt in einem Verbrenner deutlich stärker zu Buche als in einem BEV. Aber natürlich gilt auch hier, dass das Fahrzeug idealerweise möglichst leicht ist.

    @Pddow:
    Geben Ihnen zu 100% recht.

  13. #13 Leser
    30. Oktober 2018

    @ Marcus Zacher

    Danke für die Antwort. Ich kenne Elektromobilität noch aus früherer Zeit, und da lief beim Laden und Entladen der Batterie die Kühlung mit. 98% Wirkungsgrad hatten die nicht. Und aus dem Modellbau (Hubschraubermodelle) kenne ich das auch. Da wurden die Akkus in 10 Minuten leergelutscht und waren danach heiß. Und die Elektromotoren haben Leistungen oberhalb eines Kilowatts umgesetzt und waren nur so groß wie zwei Fahrradklingeln übereinander. Die hatten auch keine 98% Wirkungsgrad und mußten stark gekühlt werden.

    Kann man denn die Elektromotoren heute schon direkt in die Felge einbauen (ohne jedes Getriebe) ? Damit würde so ein Fahrzeug ja mechanisch extrem einfach.

  14. #14 Pddow
    30. Oktober 2018

    @Leser

    Motor direkt in der Felge:
    Kann man, gibt’s, macht wenig Sinn.
    Wenig Sinn, da die ungefederte Masse erhöht wird und zusätzlich die Motoren dann jedem Schlagloch, ausgesetzt sind.

  15. #15 Leser
    30. Oktober 2018

    @ Pddow

    Eine Bremse funktioniert doch auch, obwohl sie zur ungefederten Masse zählt. Ein ungefederter Motor müßte natürlich vergleichbar stoß- und vibrationsfest sein und dürfte auch nur eine Masse von wenigen kg haben. Wir haben Motoren, die besonders robust sein sollten, vergossen. Und diese Motoren müßten natürlich auch bürstenlos mit sehr hohem Wirkungsgrad sein.

  16. #16 Stephan
    30. Oktober 2018

    Udo Schreck #8

    Besonders freue ich mich auf die Nacht, wenn erstmalig 100.000 (oder 500.000 oder zwei Millionen oder…usw.) E-Autos geladen werden sollen (am Tag fahren sie), und Hofreiter plötzlich merkt, daß die Sonne nicht scheint. So wie auch an den Tagen von Oktober bis Februar, und an so manch anderen Tagen ebenfalls.

  17. #17 PDP10
    30. Oktober 2018

    @Leser, pddow:

    Hier ein bisschen Anschauungsmaterial dazu, wie moderne Elektroautos innendrin aussehen:

    http://tesla3.de/tesla_model_3_aufbau.html

  18. #18 Marcus Zacher
    Sindelfingen
    30. Oktober 2018

    @Leser:
    Eine betriebswarme Batterie hat ungefähr einen Wirkungsgrad von 98% (eine richtige, moderne Lithium-Ionen-BEV-Batterie). Ein Ladegerät kommt – je nach Auslegung auf >90%, kann aber im Extremfall auch mal bei nur 60% liegen (z.B. Renault Zoe beim einphasigen Laden).
    Beim DC-Laden fallen die Umwandlungsverluste in der Ladesäule an. Hierzu kenne ich aber keine Zahlen. Die Wirkungsgrade dürften allerdings auch relativ hoch sein, da das Schaltschranktechnik ist, die seit Jahrzehnten optimiert werden. Hersteller wie ABB oder Siemens machen ja praktisch nichts anderes.
    Eine E-Maschine hat – auch wieder je nach Betriebspunkt – einen Wirkungsgrad von 90 bis 95%, kann aber im ungünstigen Fall auch mal bei nur 60 oder 70% liegen (ein Verbrenner hat ja auch nur im idealen Fall ~30%, liegt aber auch mal bei nur 5% oder nahe 0%, wenn das Fahrzeug steht).
    Bei E-Maschinen gibt es auch noch viel Potential, den Wirkungsgrad über die gesamte Nutzungsbreite zu optimieren.

    zu den Radnabenmotoren:
    Die gibt es schon seit 100 Jahren (vgl. Lohner Porsche). Bisher hat man sich u.a. wegen der ungefederten Massen nicht daran getraut. Ich weiß auch nicht, ob das der riesen Bringer ist. Eine E-Maschine je Achse ist auch schon sehr effizient und man hat dafür einen größeren Zulieferermarkt.

    @Stephan:
    Das Stichwort heißt Lastmanagement. Es ist ja utopisch zu glauben, dass von heute auf morgen alle Autos elektrifiziert sind und auch immer gleichzeitig laden. Selbst wenn dem so wäre, entsprechende Lösungen gibt es bereits. Wichtig ist, dass der Netzausbau – inbesondere in den wenig überwachten Wohnhäusern – mit steigender Anzahl an E-Autos mitzieht.
    Da der tägliche Energiebedarf eines E-Autos nicht allzuhoch ist, kann man problemlos mit einem 22kW-Anschluss über ein intelligentes Lademanagement über Nacht 10-20 Fahrzeuge aufladen. Bsp.: 50 km Pendelstrecke (hin und zurück), Verbrauch (inkl. Ladeverluste): 20kWh/100km), ergibt einen Bedarf von 10kWh je Fahrzeug. Standzeit über Nacht: 10h, es können also 220 kWh nachgeladen werden, womit bis zu 20 Fahrzeuge wieder den Strom für die Pendelstrecke erhalten können. Bei Mehrbedarf kann entsprechend priorisiert werden. Siehe dazu auch: Juice Technologies oder Charge-X. Gleiuches gilt natürlich auch für andere, (halb-)öffentliche Parkhäuser und Garagen.
    Mit zunehmender Reichweite der E-Fahrzeuge entfällt auch der Zwang, jeden Tag laden zu müssen. Mit >400 km Reichweite wie beim Hyundai Kona Electric kann der durchschnittliche Pendler heute schon 1-2 Wochen ohne Laden auskommen.

  19. #19 Pddow
    30. Oktober 2018

    @pdp10

    Ich glaube, ich weiß ziemlich genau, wie Elektroautos aufgebaut sind. 😉
    Aber danke für den Link.
    Ich fahre selber nahezu täglich elektrisch, bin beim Aufbau von Ladeinfrastruktur beteiligt und verfolge das Thema aus beruflichen und privaten Interessen.

    @Leser

    Richtig:… Ein ungefederter Motor müßte natürlich vergleichbar stoß- und vibrationsfest sein und dürfte auch nur eine Masse von wenigen kg haben….

    Frage selber beantwortet.

    Wie ich geschrieben habe, macht der Motor in der Felge beim Auto kaum Sinn.

  20. #20 tomtoo
    30. Oktober 2018

    Ich finde ja diesen Trend zu immer schwereren Fahzeugen erschreckend 2,5Tonnen?! Dabei werden die häufig nur zum Transport einer Person auf kurzen Strecken genutzt. Irgentwie erscheint mir das reichlich ineffektiv.

  21. #21 PDP10
    30. Oktober 2018

    @Pddow

    Ich glaube, ich weiß ziemlich genau, wie Elektroautos aufgebaut sind.

    Das dachte ich mir schon, aber ich fand, über ein Bild ist besser diskutieren …

  22. #22 Marcus Zacher
    Sindelfingen
    30. Oktober 2018

    @tomtoo:
    Man muss ja kein 2,5-Tonnen-SUV kaufen. Es gibt auch relativ leichte BEVs, wie den Hyundai Ioniq, das Tesla Model 3 oder eben Kleinwägen wie Smart EQ, VW e-Up, usw.
    Was das Verhältnis aus transportiertem Gewicht und Fahrzeuggewicht angeht, ist sicherlich auch ein Elektro-Roller, ein Renault Twizy, ein Pedelec oder ein bald in Deutschland erlaubtes PLEV (=Personal Light Electric Vehicle) unschlagbar – aber natürlich nicht so wintertauglich 😉

  23. #23 tomtoo
    30. Oktober 2018

    @Marcus
    Meine erste Kiste wog.ca850kg, 60PS. Absolut Wintertauglich. Das ist wie so ein Hirnverblödungsvirus. Wie bei den alten Amikutschen, je fetter die Kotflügelflossen um so besser. Angefeuert von der Autoindustrie. Wenn sich da das Denken nicht ändert, kann der Antrieb noch so effizient sein. Ein Wohnzimmer mit dem cw wert eines Wohnzimmerschranks und mit 600PS wird nicht effizient.

  24. #24 PDP10
    31. Oktober 2018

    @tomtoo, Marcus Zacher:

    Ein Wohnzimmer mit dem cw wert eines Wohnzimmerschranks und mit 600PS wird nicht effizient.

    Das ist aber wiederum kein Problem, dass mit Elektromobilität zu tun hat. Das war schon vorher da.

    Sehr erhellend für mich war, als ich neulich eine alte “Top Gear” Folge gesehen habe, in der die den ersten Golf GTI mit dem damals aktuellen GTI Mark V (gebaut bis 2012, da gabs Tesla in der heutigen Form noch gar nicht …) verglichen haben. Allein die beiden Autos hintereinander stehen zu sehen, war extrem aufschlussreich.

    Nur zum Vergleich mal Zahlen zum ganz normalen Golf:

    Die erste Generation Ende der Siebziger wog knapp 800kg und war knapp 3,8m lang.
    Die aktuelle Generation VII ist fast viereinhalb Meter lang und wiegt fast doppelt soviel (knapp 1,5 Tonnen)!

    Was soll das?

    Das ist – zur Hölle nochmal! – ein Golf!

    Die Effizienzgewinne bei ganz konventionellen Verbrennungsmotoren sind über die letzten 40 Jahre fast komplett aufgefressen worden, weil sogar ganz normale Kleinwagen über die Jahre unter galoppierender Adipositas gelitten haben!

    Woher kommt das?
    Was wiegt da soviel?

  25. #25 tomtoo
    31. Oktober 2018

    @PDP10
    Sag ich ja. Mit Sicherheit Sicherheitssysteme, Airbags usw.. das ist ja positiv. Aber noch mehr PS die sich ja selbstverstärkend auf das Gewicht auswirken auch. Die Weichen zur Unfernunft wurden gestellt. Ob E-Motor oder nicht, das Ding ist am rollen.

  26. #26 tomtoo
    31. Oktober 2018

    Achso, nicht das ich als grün, roter Gutmensch beschimpft werde. Ich liebe Beschleunigung, ich liebe den Nürburgring und ich liebe Porscheles. Aber alles zu seinem Zweck.

  27. #27 PDP10
    31. Oktober 2018

    @tomtoo:

    Aber alles zu seinem Zweck.

    Exakt.

    Und da fragt man sich wirklich, was die Autobauer in den letzten 40 Jahren eigentlich so getrieben haben …

    Nochmal Golf GTI:

    Der erste hatte 110 PS bei ca. 800kg Gewicht. Der neueste hat 220 PS bei fast 1500kg Gewicht … ähm.

    Am Ende des oben genannten “Top Gear” Berichts fährt Jeremy Clarkson übrigens mit dem alten GTI Mark I vom Hof. Weil der mehr Spaß macht!

  28. #28 Stephan
    31. Oktober 2018

    #18 Marcus Zacher
    Ja, und diese soundsoviel KWh pro Nacht und Auto und damit GWh pro Jahr und BRD gesamt Strombedarfssteigerung gegenüber jetzt müssen im wesentlichen aus der Braunkohle kommen. Eine andere Quelle gibt es nicht.
    Doch ! Eine steht noch zur Verfügung. Steinkohlenstrom mit Steinkohle aus Australien.

  29. #29 user unknown
    https://demystifikation.wordpress.com/2017/03/18/dos-windows-witz-647/
    31. Oktober 2018

    @Stephan:
    Windenergie kommt auch nicht in Frage, denn nachts weht ja bekanntlich kein Wind.

  30. #30 Marcus Zacher
    Sindelfingen
    31. Oktober 2018

    @Stephan:
    Schön, dass du dieses Thema ansprichst. Da habe ich mal was vorbereitet:
    https://generationstrom.com/2018/05/25/faq-teil-1-woher-soll-der-strom-fuer-die-e-autos-kommen/