Wie wirkt sich die Temperatur auf die Reichweite des Elektrofahrzeugs aus?

Veröffentlicht am 25. Mai 2020 in Elektromobilität von Charlotte Argue


Erfahren Sie, wie die Außentemperatur sich auf die Reichweite von E-Fahrzeugen auswirkt.

Beschreibung:
Erfahren Sie, wie die Außentemperatur die Reichweite Ihres Elektrofahrzeugs bei voller Batterie beeinflusst.

Mit einem weiteren Winter hinter uns und dem Sommer in Sicht ist es jetzt der richtige Zeitpunkt, um über die Auswirkungen der Außentemperatur auf die Reichweite von Elektrofahrzeugen (EVs) nachzudenken. Nach einer gründlichen Analyse der E-Daten, die aus 4.200 vernetzten Elektrofahrzeugen und 5,2 Millionen Fahrten stammen, können wir besser verstehen, wie weit Ihr Elektrofahrzeug mit einer vollen Batterie fahren kann.

Wir zeigen Ihnen die optimale Betriebstemperatur, wie viel Reichweite Sie im Winter (oder in der Sommersaison) voraussichtlich verlieren werden, sowie wichtige Erkenntnisse, wie Sie die tägliche Reichweite Ihrer Elektrofahrzeuge erweitern können.

Wir freuen uns, Ihnen unser neues Temperatur-Tool für die Elektrofahrzeug-Reichweite vorstellen zu können, das Fahrzeugbetreiber für eine Vielzahl von Elektrofahrzeugmarken und -modellen Sicherheit in Bezug auf die zu erwartende Reichweite bei einer bestimmten Temperatur verleiht.

Die Realität bei der Reichweite von Elektrofahrzeugen

Bei der Kaufentscheidung für ein Elektrofahrzeug ist die Reichweite oft das erste Merkmal das berücksichtigt wird. Aber wie die Fahrer von Elektrofahrzeugen wissen, ist die offiziell angegebene Reichweite (oder die Entfernung, die ein Fahrzeug mit einer einzigen Ladung fahren kann) allenfalls als Richtlinie zu verstehen.

Während die angegebene Reichweite eines Fahrzeugs auf standardisierten Tests basiert, die auf einem Dynamometer in einer Testeinrichtung durchgeführt werden, verhalten sich Elektrofahrzeuge genau wie Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor je nach Gelände, Passagierzahl, Geschwindigkeit, Fahrverhalten oder Außentemperatur unterschiedlich. Alle diese Faktoren wirken sich auf die Fahrzeugeffizienz und damit auf die Reichweite aus.

Die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs (wobei der „Kraftstoff“ eines Elektrofahrzeugs in Wattstunden, Wh, angegeben wird) kann auf zwei Arten beschrieben werden:

  • Kraftstoffeffizienz ist die Reichweite eines Fahrzeugs mit einer bestimmten Kraftstoffmenge (also Kilometer pro Liter); bei Elektrofahrzeugen wird dieser Wert in km/Wh angegeben.
  • Kraftstoffverbrauch gibt an, wie viel Kraftstoff ein Fahrzeug für eine bestimmte Strecke benötigt (also Liter pro 100 km). Bei Elektrofahrzeugen wird dieser Wert in Wh/km angegeben.

Wie man sieht, sind beide ein Maß für die Effizienz, wobei das eine jeweils der Kehrwert des anderen ist. Die Kraftstoffeffizienz priorisiert die Strecke, während der Kraftstoffverbrauch die für eine bestimmte Strecke erforderliche Kraftstoffmenge angibt. Durch Multiplizieren der Kraftstoffeffizienz mit der Batteriegröße (in der Regel in Kilowattstunden, kWh, angegeben) erhalten Sie die Reichweite des Fahrzeugs.

Je mehr Energie in der Batterie eines Fahrzeugs gespeichert werden kann, desto größer ist seine Reichweite. Dies wird jedoch durch das Fahrzeugdesign (Gewicht, Form, Größe usw.) beeinflusst, aus dem sich Parameter für die maximale Effizienz eines Fahrzeugs ergeben. Damit ein Bus so weit wie eine 60-kWh-Limousine fahren kann, braucht er eine viel größere Batterie. Bei jeder Fahrt können sich jedoch äußere Bedingungen negativ oder positiv auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirken. Das gilt nicht nur für Elektrofahrzeuge. Wenn Sie an der Ampel mit Vollgas anfahren oder an einem kalten Tag unterwegs sind, schlägt dies bei jeder Art von Antrieb auf die Effizienz.

Winterliche Wetterkapriolen

Der berüchtigtste Reichweitenkiller bei Elektrofahrzeugen ist kaltes Wetter. Seit der Einführung der ersten Elektrofahrzeuge wurde immer wieder bemängelt, sie seien nicht für den Winter geeignet. Viele kanadische und norwegische E-Autofahrer sehen das zwar anders, aber es ist wahr, dass sich die Außentemperatur auf die Reichweite auswirkt.

Die tägliche Reichweite wird vor allem durch die Standheizung und die Kühlung beeinflusst. Energie aus der Batterie versorgt nicht nur das Fahrzeug, sondern auch die Zusatzsysteme, insbesondere:

  1. Heizen und Kühlen des Fahrzeuginnenraums
  2. Heizen und Kühlen der Batterie

Bei niedrigen Temperaturen gehen Menschen oft davon aus, dass der Reichweitenverlust auf eine verringerte Batterieleistung zurückzuführen ist. Zwar sind Lithium-Ionen-Batterien bei extremen Temperaturen träge (niedrige Temperaturen beeinflussen ihre Fähigkeit, Energie zu speichern und freizusetzen), doch dies hat wesentlich weniger Auswirkungen auf die Reichweite als die Zusatzlasten. Darüber hinaus haben die Automobilhersteller Wärmemanagementsysteme entwickelt, um die Batterien im optimalen Temperaturbereich zu halten und so den Verlust an Batterieleistung weiter zu minimieren (was aber wiederum eine zusätzliche Last darstellt).

Wir haben versucht, die Auswirkungen der Temperatur auf die Reichweite vollständig zu verstehen und zu prüfen, ob alle E-Modelle gleich betroffen sind. Um dies herauszufinden, hat Geotab anonymisierte Daten von 5,2 Millionen Fahrten aus 4.200 Elektrofahrzeugen untersucht, die 102 verschiedene Marken-/Modell-/Baujahreskombinationen repräsentieren, und die durchschnittliche Effizienz der Fahrten in Bezug auf die Temperatur analysiert.
Unsere Analyse hat gezeigt, dass:

  1. Die meisten Elektrofahrzeuge unabhängig von Marke oder Modell einer ähnlichen Temperatur-Reichweite-Kurve folgen.
  2. Während sich sowohl niedrige als auch hohe Temperaturen auf die Reichweite auswirken, haben kältere Klimazonen einen größeren Einfluss.
  3. 21,5 °C ist dabei der optimale Punkt mit der höchsten Effizienz.

Die Temperatur-Reichweiten-Kurve


Diagramm 1: Temperatur-Reichweiten-Kurve


Diagramm 1: Temperatur-Reichweiten-Kurve

Unsere Daten zeigen, dass die meisten Elektrofahrzeuge unabhängig von Marke, Modell oder Baujahr der gleichen Effizienzkurve in Bezug auf die Temperatur folgen. Hinweis: Eine frühe Analyse zeigt, dass es bei einigen Modellen leichte Abweichungen geben kann. Wir werden diese bei zukünftigen Beiträgen weiter untersuchen.

Das obige Diagramm zeigt die Reichweite (nach EPA-Zyklus), die ein Elektrofahrzeug (im Durchschnitt) im Vergleich zur angegebenen Reichweite bei einer bestimmten Temperatur erreicht. Bei optimalen Temperaturen können Elektrofahrzeuge ihre Nennreichweite sogar übertreffen und bei 21,5 °C Spitzenwerte von 115 % erreichen. Dadurch können die meisten E-Fahrzeug-Besitzer bei günstigen Temperaturbedingungen über die angegebene Reichweite des Fahrzeugs hinaus fahren. Sowohl bei höherer als auch bei niedrigerer Temperatur ist jedoch ein Verlust an Reichweite erkennbar. Bei -15 °C fallen EVs auf 54 % der Nennreichweite zurück, was bedeutet, dass ein Fahrzeug, das für 402 km ausgelegt ist, nur durchschnittlich 217 km erreicht.

Kälte ist also immer ein Problem, aber Hitze ist ebenfalls nicht gut. Wenn man genau hinsieht, fällt die Reichweite sogar etwas schneller ab (die Kurve ist hier steiler), wenn die Temperatur steigt. In der Realität treten die Auswirkungen hoher Temperaturen jedoch nicht so stark in Erscheinung, da das Klima der Erde Temperaturen über 50 °C nicht oft hergibt. Wir wissen also nicht (und müssen hoffentlich auch nicht wissen), was über diesen Punkt hinaus mit der Reichweite passiert.

Die Kosten des Komforts

Es ist kein Zufall, dass durch die Bank weg bei durchschnittlichen Außentemperaturen um 21–22 °C die Reichweite am höchsten war. Interessante Tatsache: Dies ist die Temperatur, die wir Menschen auch in unseren Häusern bevorzugen.

Wenn Sie bei einer Außentemperatur unter 20 °C in Ihr Auto steigen, schalten Sie eher die Heizung ein, und über 22 °C kommt wahrscheinlich die Klimaanlage zum Einsatz. Um die Innenraumtemperatur auf einen angenehmen Zustand wie in einer Wohnung zu bringen, wird Energie aus der Batterie benötigt, die sonst für den Antrieb des Fahrzeugs nutzbar wäre.
Genau wie Menschen fühlen sich auch Batterien bei mittleren Temperaturen am wohlsten und funktionieren dort am besten (obwohl sie ein wenig kältebeständiger sind und einen größeren Temperaturbereich tolerieren). Das Wärmemanagementsystem eines Elektrofahrzeugs verwendet Energie aus der Batterie des Fahrzeugs, um diese bei Bedarf zu erwärmen oder zu kühlen, damit der optimale Temperaturbereich hergestellt wird. Deshalb bemüht sich das Fahrzeug bei kalten oder warmen Bedingungen darum, nicht nur den Innenraum, sondern auch die Batterie zu heizen/kühlen.

Anmerkung: Die optimale Temperatur einer Lithium-Ionen-Batterie (für maximale Kapazität oder geringsten Widerstand) ist etwas höher als die optimale Temperatur, um ihre Lebensdauer zu verlängern, aber die Wärmemanagementsysteme des Fahrzeugs sind für beides ausgelegt. Interessanterweise sind hohe Temperaturen schlechter für die Lebensdauer der Batterie als niedrige Temperaturen.

Erfahren Sie mehr über die Reichweite Ihres Elektrofahrzeugs!

Um das Temperatur-Tool für die Elektrofahrzeug-Reichweite zu verwenden, wählen Sie zunächst ein Fahrzeugmodell, ein Baujahr und eine Batteriegröße aus, und verschieben Sie dann den Temperaturbalken, um die Auswirkungen auf die Reichweite zu sehen.

Die blaue Zahl ist die durchschnittliche Reichweite, die bei der ausgewählten Temperatur für dieses Fahrzeug erwartet werden kann. Die roten und grünen Linien zeigen die Verteilung unter schlechtesten und besten Bedingungen (10. und 90. Perzentil).

Animation der Temperaturauswirkung

Hinweise zum Tool

Maximale Reichweite
Diese bezieht sich auf die Reichweite bei optimalen Temperaturbedingungen für die besten 10 % Werte (grün) und nicht auf die Nennreichweite des Fahrzeugs; in den meisten Fällen ist sie um etwa 150 % höher. (Die durchschnittliche Reichweite (blau) bei optimaler Temperatur liegt etwa 115 % über der Nennreichweite).

Verschlechterung der Batterieleistung
Die Batteriegröße ist keine exakte Konstante, da die Batteriekapazität mit der Zeit abnimmt. Um den Kapazitätsverlust der Batterie bezogen auf das Alter zu berücksichtigen, haben wir einen durchschnittlichen jährlichen Verlust von 2,3 % für ältere Modelljahre angewendet. Dadurch wird die maximale Reichweite für ältere Fahrzeuge verringert. Ohne Berücksichtigung der Verringerung entspricht das Ergebnis der Reichweite des Fahrzeugs im Neuzustand. Bei berücksichtigter Verringerung erhalten wir eine Schätzung, welche Reichweite bei durchschnittlicher Kapazitätsabnahme noch zu erwarten ist.

Hinweis: In der Praxis sind die Verschlechterungsraten je nach Marke und Modell unterschiedlich. Weitere Informationen finden Sie in unserem Tool zur Verschlechterung der Batterieleistung.

Ausgenommen sind Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs)
Dieses Tool umfasst nur vollelektrische Fahrzeuge. Auch wenn die Batterien von PHEVs ebenfalls von der Temperatur beeinflusst werden, ist für die rein elektrische Reichweite von PHEVs eine komplexere Rechnung nötig, da beide Antriebsarten (z. B. Elektro- und Verbrennungsmotoren) oft gleichzeitig verwendet werden.

Die besten und schlechtesten Werte


Diagramm 2: Die Reichweitenkurve und Verteilung der Effizienz


Diagramm 2: Die Reichweitenkurve mit dem 10. und dem 90. Perzentil zeigt die Verteilung der Effizienz, die bei jeder gegebenen Temperatur zu erwarten ist.

Unsere Reichweitenkurve basiert auf der durchschnittlichen Effizienz aller Fahrten in unseren Datenbanken bei einer bestimmten Temperatur. Da diese Fahrten in der realen Welt gemacht wurden, waren sie einer Vielzahl von externen Faktoren ausgesetzt, die sich auf die Effizienz des Fahrzeugs auswirken können, wie z. B. Gelände, Geschwindigkeit, Fahrgewohnheiten, Reiselänge und Startbedingungen (z. B. wenn die Fahrt in einer klimatisierten Garage begann).

Diese Analyse versucht nicht, die relativen Auswirkungen jedes Faktors auf die Reichweite zu isolieren – das ist etwas, das wir in zukünftigen Beiträgen näher untersuchen möchten. Es ist sinnvoll, davon auszugehen, dass die effizientesten Fahrten (oder die besten Werte) bei jeder gegebenen Temperatur auf eine Kombination aus externen Faktoren zurückzuführen sind, die die Fahrzeugeffizienz beeinflussen.

Insgesamt wurde bei den besten Werten (die im 90. Perzentil) 32 % mehr Reichweite als im Durchschnitt und die doppelte Reichweite der schlechtesten Werte im 10. Perzentil erreicht. Dies deutet darauf hin, dass es einen gewissen Spielraum gibt, wie weit Sie mit einer einzigen Ladung fahren können, was teilweise auch in Ihrer Kontrolle liegen könnte.

Obwohl alle Fahrzeugmodelle dieser Temperatur-Reichweite-Kurve folgen, erwarten wir zukünftig eine Verbesserung der Batteriemanagementsysteme, sodass sie bei einigen Modellen möglicherweise „flacher“ werden könnte. So hat Tesla vor kurzem mit der Auslieferung seines Crossover-Fahrzeugs Model Y begonnen, das über eine Wärmepumpe zur effizienten Klimatisierung ausgestattet ist. Wir wären nicht überrascht, hier eine flachere Temperatur-Reichweite-Kurve zu sehen, und warten schon auf den nächsten Winter, um die Ergebnisse zu sehen.

Tipps zur Vergrößerung Ihrer EV-Reichweite an heißen und kalten Tagen

Wie bereits erwähnt, besteht der größte Faktor, der bei hohen und niedrigen Temperaturen zum Reichweitenverlust führt, in den Zusatzlasten. Daher kann durch eine Minimierung der Zusatzlasten die Reichweite vergrößert werden:

Nutzen Sie die Annehmlichkeiten Ihres Fahrzeugs – beheizen oder kühlen Sie den Menschen, nicht die Luft. Verwenden Sie bevorzugt die Sitz- und Lenkradheizung. Die Beheizung der Kabinenluft kann 3000–5000 Watt verbrauchen und ist viel weniger effizient als die Beheizung von Sitz und Lenkrad (ca. 75 Watt), wodurch Wärme durch Berührung auf Ihren Körper übertragen wird. Durch die Verwendung dieser zunehmend verbreiteten Funktionen können Sie sich wohlfühlen, ohne auf die Innenraumheizung zurückgreifen zu müssen. Bei sehr niedrigen Temperaturen bringt Sie eine minimierte Beheizung des Innenraums jedoch auch nur noch begrenzt weiter, da viel Energie für das Batterie-Wärmemanagement benötigt wird.

Nutzen Sie die Vorklimatisierung Ihres Fahrzeugs. Genau wie bei einem Training: Wärmen Sie sich vor einer langen Reise auf! Wenn es heiß ist, kühlen Sie sich ab. Wenn Sie die Heizung Ihres Fahrzeugs einschalten, während es noch am Stromnetz angeschlossen ist, minimieren Sie die Zusatzlast, indem Sie das Fahrzeug vor Fahrtantritt erwärmen (oder kühlen). Nutzen Sie die Vorklimatisierung von Elektrofahrzeugen, ohne die Reichweite zu verschlechtern. Wenn diese Option für Sie verfügbar ist, parken Sie in einer klimatisierten Garage, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen.

Lassen Sie Ihr Fahrzeug an extrem kalten oder heißen Tagen am Stromnetz. Zusätzlich zu den Vorteilen der Vorklimatisierung vor Ihrer Reise empfehlen die Autohersteller, Fahrzeuge an sehr heißen oder sehr kalten Tagen an das Stromnetz anzuschließen, wenn das Fahrzeug nicht in Gebrauch ist. (Hinweis: Dies entspricht nicht dem aktiven Laden, das unter extremen Bedingungen, insbesondere bei Hitze, besser zu vermeiden ist.) Wenn ein Fahrzeug angeschlossen ist, kann das interne System die Batterietemperaturregelung aufrechterhalten und so die Lebensdauer Ihrer Batterie langfristig verlängern.

Lassen Sie sich von der Kälte nicht täuschen

Sie verlieren an Reichweite – aber machen Sie sich keine Sorgen, sondern seien Sie informiert. Mit zunehmender Batteriegröße bei neuen E-Fahrzeug Modellen hat der Reichweitenverlust an Bedeutung verloren. Größere Kapazität bedeutet geringe Auswirkung auf die meisten täglichen Fahrten, und für gelegentliche längere Reisen wird die Ladeinfrastruktur stetig erweitert. Wenn Sie Ihre täglichen Streckenanforderungen kennen, können Sie mit Sicherheit das richtige Fahrzeug für sich oder Ihren Fuhrpark auswählen.

Zusätzliche Informationen für Fuhrparks

Fahrzeugtelematik kann dazu beitragen, dass Fuhrparkbetreiber die richtigen Fahrzeuge für die jeweilige Aufgabe auswählen. Geotab bietet seinen Kunden eine kostenlose Beurteilung der Eignung von Elektrofahrzeugen (EVSA), mit der ermittelt wird, welche Fahrzeuge im Fuhrpark am besten durch Elektrofahrzeuge ersetzt werden können. Die Analyse geht von den schlechtesten Temperaturbedingungen aus, sodass Fuhrparkleiter sicher sein können, dass ihre Elektrofahrzeuge auch bei winterlicher Kälte, Hitzewellen im Sommer und allem dazwischen eine ausreichende Reichweite haben.


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