Das Center Automotive Research (CAR) der Universität Duisburg-Essen ist zu einem überraschenden Ergebnis gekommen: Das Fahrzeuggewicht hat kaum Auswirkungen auf die Reichweite von Elektroautos. Das Institut stellt damit die von vielen Herstellern verfolgte Leichtbau-Philosophie mit Karosserien aus Karbon in Frage. Vor allem BMW hat in den letzten Jahren hohe Summen in den Werkstoff investiert.
Das CAR zog für seine Untersuchung den Kleinwagen BMW i3 sowie die Limousine Tesla Model S heran. Die Forscher fuhren die Stromer unter immer gleichen Bedingungen auf einer 100 Kilometer langen Teststrecke und analysierten den Energieverbrauch im leeren Zustand sowie mit Zuladung von 100, 200 und 300 Kilogramm.
„Nur mit dem Fahrer am Steuer, ohne Zuladung brauchte der Tesla auf der 100 Teststrecke 17,77 Kilowattstunden (kWh) Strom. Mit 100 Kilogramm Kieseln zusätzlich im Fahrzeug, sank der Verbrauch sogar minimal auf 17,67 kWh. Mit 300 Kilo Flusssteinen benötigt das Model S 17,87 kWh. Man bewege sich im Bereich von Messtoleranzen, der Verbrauch nehme maximal um 0,6 Prozent zu“, berichtet die Welt am Sonntag aus der Studie des CAR.
Auch die Tests mit dem BMW i3 hätten bestätigt, „dass Gewichtseinsparung bei Elektroautos wirklich nicht die erste Priorität sein kann“. Als Grund für das überraschende Ergebnis hat das CAR Rekuperation, also die Energierückgewinnung beim Bremsen, identifiziert: Je größer das Gewicht eines Fahrzeugs sei, desto mehr Energie fließe zurück in die Batterie.
„Während die zurückgewonnene Energie beim leeren i3 im Test 3,62 kWh betrug, lag der Wert bei einer Zuladung von 300 Kilogramm schon bei 4,17 kWh“, schreibt die Welt am Sonntag. Dies gleiche „zumindest einen Teil des Mehrverbrauchs durch zusätzliches Gewicht aus“. Beim Tesla Model S lag die Rückgewinnung der CAR-Auswertung zufolge noch über der des i3. Das Urteil der Forscher lautet daher: „Leichtbau spielt so gut wie keine Rolle.“
Sepp meint
Ich kann das hin und her von euch nicht mehr ertragen: Physik 9. Schulstufe: wenn ein Körper beschleunigt und wieder auf die gleiche Geschwinigkeit abgebremst wird, kürzt sich die Masse aus der Rechnung heraus. Das selbe gilt für Anstieg und Abwärtsfahrt.
Übrig bleiben nur die elektrischen Verluste von Antrieb und Rekuperation und die erhöhte Reibung durch die höhere Masse.
Wer durch höhere Masse länger rollen kann muss allerdings auch weniger elektrische Verluste hinnehmen
i_Peter meint
da hättest du wohl doch Physik nicht nach der 9. Klasse abgeben sollen.
Zuerst muss die höhere Masse ja mal beschleunigt werden = mehr Energie (und mehr Verluste in der Leistungselektronik).
Beim Rekuperieren fällt zwar eine höhere Leistung, die aber ebenso mit höheren Verlusten in der Leistungselektronik verbunden sind. An der Ampel oder auf Serpentinenstrassen bergab muss unweigerlich rekuperiert werden, und damit sind neben den höheren Rollteibungsverlusten weitere Verluste in der Leistungselektronik unvermeidbar. Das Ergebnis kann man dann am höheren City-Verbrauch ablesen.
i_Peter meint
Interessant ist vielleicht der Vergleich des EPA City-Verbrauchs von
Hyundai Ioniq_14 kWh/100km
BMW i3________15kWh/100km
Tesla P100D___26kWh/100km
https://www.fueleconomy.gov/feg/Find.do?action=sbs&id=38431&id=35207&id=38530
Gewicht scheint doch eine Rolle zu spielen.
Und die Effizienz des Antriebsstrangs, wo der Ioniq wirklich eine neue Generation darstellt.
151kW meint
Tja, die oben genannten Zahlen widersprechen diesen aber nun komplett. So ein Pech aber auch, was ist denn jetzt richtig?
Stoner meint
Entfernt. Bitte verfassen Sie konstruktive Kommentare. Danke, die Redaktion.
Thomas meint
Da die Masse für Reibung und benötigter Energie bei der Beschleunigung eine Rolle spielt, ist weniger Masse in jedem Fall ein Vorteil. Auch was die Fahrdynamik angeht ist weniger Masse von Vorteil.
Das abhängig vom cW Wert der Luftwiderstand die größere Rolle im Energieverbrauch spielt (=> die Energie, die gebraucht wird, um das Fahrzeug auf der Geschwindigkeit zu halten), als der Rollwiderstand ist jedem klar, der bis zum Abschluss in der Schule war.
Im Sinne der Effizienzmaximierung ist das Gewicht keinesfalls unbedeutend. Auch wenn es betriebswirtschaftlich sinnvoller sein wird, mehr in andere Bereiche zu investieren.
Das die Effizienz des Antriebsstrangs, der Wirkungsgrad der Rekuperation und ein niedrigerer cW Wert mehr ausmachen, als das Gewicht niedrig zu halten, mag klar sein, aber unnötig ist es nicht. Man stelle sich vor, der cW Wert wäre niedrig, die Effizienz des Antriebsstrangs bei 99%, die Rekuperation beim >80% und das Gewicht auch noch unter einer Tonne! Unfassbar, was man an Reichweite erreichen könnte…
Mordin meint
Wenn ich die Begründung lese wird mir schon etwas flau im Magen: „Während die zurückgewonnene Energie beim leeren i3 im Test 3,62 kWh betrug, lag der Wert bei einer Zuladung von 300 Kilogramm schon bei 4,17 kWh.“
Das man aus einem schwereren Fahrzeug (Gegenstand) mehr kinetische Energie (bei gleicher Geschwindigkeit) zurückgewinnen kann, dass sollte jedem 10-Klässler klar sein. Nach dieser Logik lässt sich aber auch aus einem schneller fahrenden Fahrzeug mehr kinetische Energie gewinnen. Damit wäre das Argument für Geschwindigkeitsbegrenzungen ja völlig obsolet. Je schneller unsere Autos auf der Autobahn fahren, desto mehr Energie können wir zurückgewinnen. Wie praktisch. ;) (Luftwiderstand lasse ich jetzt mal außen vor.)
Bei der Ganzen Überlegung hat aber scheinbar keiner nachgedacht wie den die kinetische Energie in das schwerere Fahrzeug kommt. Doppelte Masse eines Fahrzeuges bei gleicher Geschwindigkeit heißt zwar ich kann theoretisch die doppelte „Menge“ an Energie zurückgewinnen, heißt aber auch ich hab vorher die doppelte „Menge“ reinstecken müssen. Hinzu kommt, dass bei der Rekuperation auch Verluste auftreten. Entsprechend entstehen also bei einem doppelt so schweren Auto auch die doppelten Verluste oder etwa nicht? Kann mir jemand den Fehler in meiner Logik aufzeigen?
Richtig wäre es also den geringeren Mehrwert von Leichtbau bei E-Autos einmal aufzuzeigen, im Verglich zu einem guten cw-Wert, statt solche haarsträubenden Vergleich zu ziehen, dass ich aus einem schweren Auto auch mehr Energie zurückgewinnen kann.
Utx meint
Der entscheidende Fehler in den ganzen Betrachtungen ist, den Luftwiderstand außen vor zu lassen. Der ist nämlich entscheidend, da er mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt.
kaaa meint
Was ist mit den Kondensator bzw. Supercap oder Schwungscheibe? Die rekuperation geht auf kosten der normalen Autobatterie. Wahrscheinlich entdeckt man erst in 15 Jahren diese Technik und wird erst dann vermarktet, weil alles andere ausgelöscht ist. Ich sage nur danke für diese Verantwortung!!!
kaaa meint
Was ist mit den Kondensator bzw. Supercap oder Schwungscheibe? Mehr Gewicht geht dann ohne das, auf kosten der normalen Autobatterie. Wahrscheinlich entdeckt man erst in 15 Jahren diese Technik und wird erst dann vermarktet, weil alles andere ausgelöscht ist. Ich sage nur danke für diese Verantwortung!!!
Swissli meint
Ähm, das hat der Herr Lüning in einem seiner Videos schon länger mal vorgerechnet… ganz ohne Studie.
Aber ok, haben wirs jetzt auch noch schwarz auf weiss.
Starkstrompilot meint
Jeder technische ausgebildete Mensch ist in der Lage, die Kräfte und Widerstände und Reibungen von bewegten Körpern zu berechnen.
Dass Masse natürlich linear in die Reibung geht, weiß man dann, auch dass sie quadratisch in die kinetische Energie und den Luftwiderstand geht.
Wenn man also die Rollreibung und den Luftwiderstand möglichst gering hält, kann man tatsächlich einen hohen Anteil der investierten Energie, also der kinetischen Energie wieder zurückbekommen.
Das ist in Ansätzen Schulphysik, wenn’s genauer sein muss, dann technische Ausbildung. Da gibt es auch nichts zu diskutieren. Das ist alles berechenbar.
Dass man dazu eine Studie braucht, ist schon verwunderlich.
Aber wahrscheinlich will die Verbrennerfraktion einfach nicht wahr haben, dass elektrische Maschinen eigentlich viel eher zum Fahrzeugantrieb geeignet sind als thermische. Vor allem bei schweren Fahrzeugen.
Noch sehen ja 80-90% der Bevölkerung bei Elektroautos elektrisch angetriebene Seifenkisten. Aber auch das wird sich ändern.
Jeru meint
„Dass Masse natürlich linear in die Reibung geht, weiß man dann, auch dass sie quadratisch in die kinetische Energie und den Luftwiderstand geht.“
Langsam wird es hier abenteuerlich.
Die Masse geht nur in den „Beschleunigungs-, Steig- und Rollwiderstand“ ein und das auch nicht quadratisch.
Der Luftwiderstand ist natürlich unabhängig von der Masse und auch das was zB. Hans Meier an eigenem Gefühl versucht in eine Kräftegleichtung zu packen ist völliger Blödsinn.
„Auf der Autobahn ist das Leichtgewicht dagegen von Nachteil, weil der E-Motor stärker gegen den Luftwiederstand ankämpfen muss.“
Massen sind träge und deshalb werden Sie ungern beschleunigt oder abgebremst. Das hat nichts mit dem Luftwiderstand zu tun, sondern damit das ein Tesla Model S durch die höhere Masse eben eine höhere kinetische Energie hat die es dann durch einen ähnlichen Luftwiderstand abzubremsen gilt.
Betrachtet man nur den Luftwiderstand, ist die Kraft die man benötigt um die Geschwindigkeit zu halten völlig unabhängig von der Masse.
Railfriend meint
Dass der Tesla beladen gleich oder sogar weniger Energie benötigt, lässt auf Fehler in der Auswahl der Teststrecke schließen. Korrekterweise sollte eine Teststrecke länger als 100 km sein und zeitnah in beiden Richtungen befahren werden, um Höhenunterschiede und Windeinflüsse halbwegs auszublenden.
Bitte nennen Sie einen link zu Ihren hier kürzlich genannten Verlustangaben beim BEV-Schnelladen (50 – 150 kW = 34 %) und beim FCEV-Tanken. Ich konnte im Netz nichts dazu finden.
Interessant wären auch Typangaben zu den getesteten Fahrzeugen und deren Fahrprofil im Test.
Besten Dank.
Fritz! meint
Beim PKW wurde mehrfach gerechnet, daß grob 70% der Beschleunigungsenergie beim Bremsen wieder reinkommen. Konnte ich mit einfacher Schulphysik nachvollziehen.
Tesla sprach bei der Vorstellung des Semi-Trucks von Zahlen von um die 90%, das wäre in der Tat beeindruckend.
Marco meint
„Dass Masse natürlich linear in die Reibung geht, weiß man dann, auch dass sie quadratisch in die kinetische Energie und den Luftwiderstand geht.“
Also nur der Korrektheit halber:
Die Masse geht in die kinetische Energie natürlich immer noch linear ein und in den Luftwiderstand gar nicht. Die Geschwindigkeit geht in die Energie quadratisch ein und in den Luftwiderstand auch, aber nicht die Masse!
So ganz klar ist es mir nicht, was Du sagen willst: Bei konstanter Geschwindigkeit ist letztlich die kinetische Energie auch ziemlich egal: Wenn Du einmal auf 120km/h beschleunigt hast und dann auf der Autobahn konstant fährst, ist es fast egal wieviel der investierten Energie aufgebracht werden musst, um die 120km/h zu erreichen (also kinetische Energie) weil die Energie die an die Luft abgegeben wurde durch Luftreibung ziemlich schnell erstere deutlich übersteigt.
Niedriges Gewicht nutzt also besonders beim Reduzieren der Rollreibung besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten. Rekuperation kann nur einen Teil zurück gewinnen. Es gehen Verluste durch die mehrfache Umwandlung und beim Laden/Entladen der Batterie mit ein. Je niedriger das Gewicht, desto weniger dieser Energie muss mehrfach hin und her gewandelt werden.
Hans Meier meint
Die Aussage der Studie ist nicht seriös… Es kommt auf das Einsatzgebiet des Fahrzeuges draufan…
– In der Stadt mit viel Stopp and Go ist der i3 mit leichtem Gewicht im Vorteil, da weniger Gewicht in Bewegung gesetzt werden muss. Auf der Autobahn ist das Leichtgewicht dagegen von Nachteil, weil der E-Motor stärker gegen den Luftwiederstand ankämpfen muss.
– Der Tesla dagegen ist auf der AB im Vorteil, weil durch das höhere Gewicht bei schneller Geschwindigkeit besser gerollt werden kann (gegen den Luftwiederstand), in der Stadt mit viel Start/Stopp dürfte der Tesla aber deutlich mehr verbrauchen als der BMW, weil mehr Gewicht in Bewegung gesetzt werden muss. ( < 1,4t vs < 2,4t )
Im Dalydriving ist Rekuperation ist immer schlechter als Rollen, da nur ein Teil zurück in die Batterie kommt. Ein schweres Auto das gut Rollen kann ist besser als ein leichtes Auto, welches immer stark rekuperiert, da durch das rekuperieren immer Verluste entstehen.
Da der I3 ein "Stadtauto" und der Tesla "eher" ein AB Auto sind, stimmen die Aussagen der Hersteller schon so, wie es sein sollte.
(Das der I3 einen schlechten Luftwiederstand auf der AB hat, habe ich jetzt mal weggelassen, der hat natürlich auch Auswirkungen auf den Verbrauch auf der AB)
Robert Meyer meint
Schuster bleib bei deinen Leisten.
Der Luftwiderstand hängt nicht vom Gewicht des Fahrzeugs ab, sondern von der Form (cw-Wert) und der Größe der Front des Fahrzeug! (Tesla Model s: 0,24 ! und I3: 0,29)
Wie der Vorredner Starkstrompilot schreibt, hängt die Rollreibung linear mit dem Fahrzeuggewicht zusammen. Der Tesla benötigt also für Rollen grundsätzlich mehr Energie – ohne Wirkungsgradbetrachtung also 1,4t zu 2,4t = + 70 %. Das bewegt sich im Bereich von ca. 3 kW bei 100 km/h (beim I3). Die Energie für die „Überwindung“ des Luftwiderstands kommt dann dazu und die steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.
Das wäre schon eher die Begründung für I3 als Stadtauto und Tesla als Fahrzeug für die Autobahn.
Peter W meint
Entschuldigung Herr Meier, aber diese Aussage:
Der Tesla dagegen ist auf der AB im Vorteil, weil durch das höhere Gewicht bei schneller Geschwindigkeit besser gerollt werden kann (gegen den Luftwiederstand),
ist absoluter Quark.
Außerdem heißt es Widerstand – ohne e hinterm i.
i_Peter meint
Für die reine Reichweite bei gleichbleibender Geschwindigkeit bringt weniger Gewicht tatsächlich ziemlich wenig, vor allem im Vergleich zu einem besseren cw-Wert.
Auf einem Stadtparcours mit häufigem Abbremsen und aus dem Stand beschleunigen sieht das aber schon anders aus. Beschleunigung von Gewicht kostet Energie E=mc².
Und Rekuperation ist schön, aber weit von 100% Effizienz entfernt. Es wird immer nur ein Teil der kinetischen Energie wiedergewonnen. Bei Pkw beträgt dies zwischen 40 und 60%.
Der Rest an Energie geht verloren. Bei jedem Rekuperationsvorgang. Für ein Stadtfahrzeug ist deshalb geringes Gewicht sehr wohl vorteilhaft. Nicht umsonst verbraucht ein BMW i3 in der Stadt deutlich weniger (15kWh/100km) als ein Tesla (S P90D 23kWh/100km; beide Werte EPA).
Da der BMW vorwiegend ein City-Car ist, der Tesla eher ein Langstreckenwagen, sind beide perfekt auf die jeweiligen Anforderungen ausgerichtet: der BMW ist leicht und wendig und bietet viel Sitzkomfort (Höhe), der Tesla hat einen sehr guten cw-Wert und bietet viel Stauraum.
„Gewicht ist der Feind, Luftwiderstand das Hindernis“
Felice Bianchi Anderloni 1952
Steffen H. meint
Jau, aber die Energie (E, besser „W“) bewegter Massen berechnet sich mit 1/2*m*v². Relativistische Effekte à la E=mc² kann man bei Geschwindigkeiten, die wir mit Autos erreichen, eher vernachlässigen ;)
McGybrush meint
Wenn man von 100% aufgebrachter Energie durch rekupperieren 70% wieder zurück gewinnt dann würde eine Gewichtseinsparung von z.B. 500kg nur ein effektiven Nutzen von 150kg Einsparung bringen. Also der Aufwand Nutzen steht in keinem Verhältnis.
i_Peter meint
„würde“, weil meines Wissens liegt Pkw Rekuperationsrate zwischen 40% und 60%. Haben wir da Zahlen eines sehr effizienten Antriebsstranges, z.B. Hyundai Ioniq Electric ?
Diese ständigen Verluste (bei Stopp and Go) erhöhen den Verbrauch proportional zum Gewicht.
Ich finde es schon interessant, dass ein Tesla EPA/city mehr verbraucht als EPA/highway (hohes Gewicht). Beim BMW i3 ist es umgekehrt (hoher cw-Wert).
Robert meint
Naja was für eine unwissenschaftliche Studie. Man merkt, das waren BWLer am Werk. Natürlich kann man die kinetische Energie bei E-Fahrzeugen rekuperieren. Die geht bislang bei Verbrennern beim Bremsen (wichtig für Innerorts!) verloren.
Auf Langstrecke ist das aber weniger wichtig. Hier spielen vor allem die vier Fahrwiderstände eine Rolle. Den Löwenanteil nimmt hierbei der Luftwiderstand ein (quadratisch zur Geschwindigkeit –> wichtig bei Autobahn). Die anderen 3 Widerstände hängen proportional von der Masse ab. Von daher ist die Masse nicht ganz unwichtig, aber auch nicht Prio 1. Bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h sind diese Widerstände auch nicht unerheblich. Ich habe die genauen Zahlen leider gerade nicht parat.
Nichts desto trotz sind in diesem Artikel leider wenig Details offen gelegt (bspw. Fahrprofil des Tests). Das bei 100 kg mehr der Verbrauch runter geht sollte aber sehr (!) zu denken geben. Das zeigt wie unpräzise der Test durchgeführt wurde. Rein physikalisch ist das Quatsch.
UliK meint
Mit Sicherheit keine ‚unwissenschaftliche Studie‘. So etwas könnte sich eine Fachuniversität mit diesem weltweiten Bekanntheitsgrad sicherlich nicht leisten.
https://www.uni-due.de/car/wir.php
C. Hansen meint
Trotzdem ist die Kurzfassung sehr skurril.
Da hätten die besser nur schreiben können, das die Abweichungen innerhalb der Messtoleranz lag. Fertig. Aber dann von -0,1kWh Abweichung bei höherer Last zu sprechen, ist schon unseriös. Ich würd gerne die Studie selber sehen.
Steffen H. meint
Möglich wäre es schon, wenn der verbesserte cw-Wert durch das „Tieferlegen“ des Autos mittels Beladen den erhöhten Rollwiderstand mehr als wett macht. Durchgerechnet habe ich es allerdings nicht…
Peter W meint
Das erzähle ich hier schon seit Wochen oder Monaten. Aber man braucht ja immer eine wissenschaftlich korrekte Untersuchung um auch die einfachsten Dinge zu erklären.
Beim LKW werden die Unterschiede beladen/leer größer sein, denn da geht es um die Verdreifachung des Gewichtes und einen deutlich steigenden Rollwiderstand.
Anonym meint
Witziger weise könnte man aus dieser Darstellung ebenfalls auf die Idee kommen – auch ein Tesla Semi Truck könnte bei jedem Beladezustand den gleichen Energieverbrauch haben und damit auch immer die annähernd gleiche Strecke schaffen.
Das geht aber sehr weit an der Realität vorbei. Gerade beim überörtlichen und überregionalen Lieferverkehr wird verhältnismäßig wenig Energie zurückgewonnen werden können, wenn lange Strecken dauerhaft mit Tempomat bewältigt werden.
Hier sollte also sehr klar zwischen Innerortsverkehr (viel Anfahren und Abbremsen) und Überlandverkehr (weite Strecken bei konstanter Geschwindigkeit)
Robert Meyer meint
Meine Erfahrung ist, dass ich umso weiter komme, je wenige ich rekuperiere. Der Grund ist wohl, dass der Wirkungsgrad der Rekuperation deutlich niedriger als der Antrieb ist.
Zur Verdeutlichung: Autobahnfahrt mit110 km/h braucht so viel Energie wie Landstraße mit max. 100 km/h unterbrochen von Ortschaften mit 50 km/h …
Utx meint
Überraschend ist das ergebnis eigentlich nicht. Für jemanden, der sich ein wenig mit Elektromobilität beschäftigt, kst das nicht viel mehr, als einen Binsenweisheit. Aber schön, dass diese wissenschaftlich bestäfigt werden konnte.
Die Investitionen von BMW in den Werkstoff Carbon wurden nicht für den i3 bzw. die Elektromobilität gemacht. Den Werkstoff braucht BMW in erster Linie für Motorhauben, Dächer etc. für die M Sportlimousinen (das bringt ein paar Zehntelsekunden bei der Beschleunigung dieser übelsten Spritschlucker). Für den i3 wird der Werkstoff nur verwendet, um die entsprechenden Subventionen für Leichtbau im Subventionspaket für Elektromobilität zu kassieren.
Dass es im Subventionspaket für Elektromobilität überhaupt einen Posten für Leichtbau gibt, wird wiederum der „Beratung“ der Politik durch die Automobilindustrie zu verdanken sein.
atamani meint
Naja,
und da Leichtbau ja so unwichtig ist, baut Tesla das Model S ja auch vollständig aus Aluminium…und nutzt die riesen Vorteile des Werkstoffs Aluminium bei Chrasfestigkeit, Schweißtechnik und Reparaturfreundlichkeit.
Und ausserdem ist Aluminium natürlich auch noch viel günstiger als Stahl…
Fritz! meint
Schon mal was von Fahrdynamik und solchen Begriffen gehört?
Wenn Tesla das Model S aus Stahl statt Alu gebaut hätte, würde es sicherlich 500 kg mehr wiegen (grob geschätzt) und wahrscheinlich unwesentlich mehr verbrauchen. Sich aber deutlich schlechter fahren, die Beschleunigung beim Anfahren und die Querbeschleunigung in Kurven ist nun mal stark von der Masse abhängig.
Oben wurde nur die Auswirkung auf den Verbrauch gemessen, mehr nicht.
atamani meint
„Oben“ wurde geschrieben:
„Für den i3 wird der Werkstoff nur verwendet, um die entsprechenden Subventionen für Leichtbau im Subventionspaket für Elektromobilität zu kassieren.
Dass es im Subventionspaket für Elektromobilität überhaupt einen Posten für Leichtbau gibt, wird wiederum der „Beratung“ der Politik durch die Automobilindustrie zu verdanken sein“
Ach ja: Ein Stahlauto würde max. 200-300 Kg mehr wiegen…
Fritz! meint
Deswegen schrieb ich ja auch „grob geschätzt“.
Oben bezieht sich natürlich auf den Artikel, der klar von „nicht oberste Prioritär“, aber nicht von „völlig unwichtig“ schrieb.