Monat: August 2014

#AMSGate – Tesla Model S: Reichweite von nur 184 km bei 120 km/h verstößt gegen Naturgesetze

Oder: Was hat eine Testfahrt mit Pizzaöfen zu tun?

„auto motor und sport“ testete in seiner letzten Ausgabe 16/2014 Elektroautos auf ihre Reichweite. Dort fiel auch der für die Autozeitschrift verhängnisvolle Satz, dass die Reichweite eines Tesla Model S auf der Autobahn „auf 184 km bei konstant 120 km/h“ einbrechen würde. Diese Behauptung wurde für die 300.000 aufgelegten Exemplare medienwirksam mit Schaubildern und Grafiken eindrucksvoll aufbereitet.

Mein Beitrag soll zeigen, dass zwischen den Reichweitenangaben der „auto motor und sport“ und der Realität Welten liegen – nein, sogar Unmöglichkeiten, denn das Model S müsste bei konstant 120 km/h einen Durchschnittsverbrauch von 41 kWh auf 100 km ab Batterie aufweisen, was nicht mit der Fahrphysik übereinstimmen kann.

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Behauptung der auto motor und sport in Ausgabe 16/2014

Theoretisch den Verbrauch eines Elektroautos bei einer konstanten Geschwindigkeit zu ermitteln, ist verhältnismäßig einfach und lässt sich mit der Physik der neunten Klasse Gymnasium erschlagen:

Ein Auto muss auf ebener Strecke Luftwiderstand und Rollwiderstand überwinden. Für die Ermittlung des Leistungsbedarfs/Verbrauchs am Rad braucht man neben der Geschwindigkeit das Gewicht des Autos, seinen cw-Wert (Luftwiderstandsbeiwert), seine Stirnfläche und den Rollwiderstandsbeiwert der Reifen.

Beim Tesla Model S sind alle diese Werte bekannt (Quellen: u.a. Wikipedia, Tesla Motors):

Gewicht m: 2180 kg (mit Fahrer)
cw-Wert: 0,24
Stirnfläche A: 2,34 m²
Rollwiderstandsbeiwert cr: 0,010 (normale Reifen)
Ladung der Batterie: 76 kWh (nutzbare Energiemenge)

Die einzigen zwei Formeln, in die man die diese Werte einsetzen muss, sind diese hier:
Leistung gegen Luftwiderstand:  P = cw * A * rho/2 * v³
Leistung gegen Rollwiderstand: P = cr * m * g * v

Diese Berechnung ist mit meinem Excel-Sheet sehr einfach durchführbar, ich habe die Werte für das Model S schon eingesetzt:

excel_tesla

Link zum Excel-Sheet hier: Berechnung einer Fahrsituation auf ebener Strecke

Als Energiebedarf an der Radachse werden für ein Tesla Model S bei 120 km/h also rund 20 kW Leistung benötigt. Für diese Zahl lege ich meine Hand ins Feuer, die Physik ist Zeuge!

Da Batterie, Leistungselektronik und Motor gewisse Verluste haben, muss man für den Verbrauch aus der Batterie eine höhere Leistung zugrundelegen. Es ist äußerst realistisch, wenn ich behaupte, dass dafür ca. 80% Wirkungsgrad für den gesamten Elektroantrieb angesetzt werden können. Somit hätten wir ab Batterie einen Leistungsbedarf von ca. 25 kW zu bedienen.

Der Rest ist simpler Dreisatz bzw lässt sich durch Einsetzen der Werte in das Excel leicht zeigen: 25 kW bzw. bei 120 km/h ein Verbrauch von 20,7 kWh/100 km ergibt bei 76 kWh Energie eine Reichweite von 367 km.

Der logische Schluss: Eine geringere Reichweite kann somit nur durch zusätzliche Stromverbraucher an Bord erzielt werden.

Will  man also realistisch 184 km Reichweite erzielen, muss man bei 120 km/h rund eine konstante Leistung von 50 kW ab Batterie ziehen, damit diese nach dieser Strecke leer ist. Das entspräche einem Verbrauch von rund 41 kWh/100 km oder auf der Tesla-Verbrauchsanzeige 410 Wh/km.

Da wir aber laut Fahrphysik zum Fahren nur 25 kW benötigen, müssen wir die Differenz zu den benötigten 50 kW durch Zusatzaggregate an Bord (Licht, Heizung, Klimaanlage etc.) decken, die eine konstante Leistung von zusätzlich 25 kW aufweisen!

Der größte Verbraucher im Model S ist aber die Elektroheizung mit einer maximalen Leistung von ca. 5 kW. In der Praxis läuft diese aber nicht konstant mit dieser Leistung, sondern wird bei Erreichen einer gewissen Innenraumtemperatur automatisch heruntergeregelt bzw. abgeschaltet.

Im Sommer kommt eine Klimaanlage mit maximal 3 kW zum Einsatz. Auch diese Leistung wird nach Erreichen einer gewissen Innenraumtemperatur heruntergeregelt.

Die restlichen Verbraucher wie Licht, Unterhaltungselektronik und Konsorten schätze ich im Betrieb auf maximal 500-800 Watt.

Ich kenne ein Gerät, das einen Anschlusswert von 21 kW aufweist:

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Gastronomie-Pizzaofen mit einer Anschlussleistung von 21,6 kW

Die 184 km Reichweite der AMS nehme ich nur dann für voll, wenn die AMS uns nach diesen 184 km eine Runde Pizza serviert, zubereitet in obigem auf der Testfahrt mitgeführten Pizzaofen.

Alternativ hätte ich noch dieses passende 22 kW-Tiefkühlaggregat anzubieten:

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22 kW – Industrie-Tiefkühlaggregat für Kühlhäuser

Damit kann die AMS ihren eingeladenen Journalisten auch 184 km – Testfahrten mit Simulation im Feeling einer Antarktisexpedition anbieten. Die -18°C Innentemperatur sind garantiert in wenigen Minuten erreicht. Polarjacken und Handschuhe sind mitzubringen!

Auf zum Boxberg!

 

Weiterführender Link:

#AMSgate – eine Chronik: http://www.e-auto.tv