Wieviel Strom verbrauchen E-Scooter tatsächlich?

Transkript

1 Wieviel Strom verbrauchen E-Scooter tatsächlich? Tagebuch Auswertungen (Stand Sommer 12) Verbrauchsmessung das E-Scooter Tagebuch Rücklauf Datenauswertungen Modellrechnungen und Vergleich Zusammenfassung / Empfehlung Rolf.Widmer@empa.ch, Marcel.Gauch@empa.ch

2 Verluste beim Lade- und Entladevorgang AC DC DC AC Netzenergie Radenergie Steckdose Ladegerät Batterie Batterie Umrichter Elektromotor Effizienz: ca % Lade-Effizienz: Blei ca % Li-Ion: ca. 9-98% Entlade-Effizienz: Blei ca % Li-Ion: ca. 9-98% Effizienz: ca % Effizienz: ca % Energiebedarf ab Steckdose: Ausschlaggebend für Stromrechnung Verluste beim Laden Energiebedarf ab Batterie: Ausschlaggebend für Reichweite FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 2

3 Einfluss der gewählten Technologie E-Scooter mit einfacher Technologie Rad-Energiebedarf = 3 kwh/0km Ladegerät η = 80% Bleibatterie η = 60% 1) Umrichter η = 80% Motor η = 80% Ladeeffizienz = 48%, Fahrzeugeffizienz = 64% Gesamteffizienz = 31% Ladeverlust Netz-energie 9.77 kwh/0km Gesamtverlust Batterie-energie 4.69 kwh/0km Rad-energie 3 kwh/0km Kosten (0.2 CHF/kWh) und Reichweite pro Totalladung bei Batteriekapazität 3 kwh Kosten CHF 1.6 für 6.2 kwh Strom Reichweite 64km mit Batterie 3 kwh E-Scooter mit moderner Technologie Rad-Energiebedarf = 3 kwh/0km Ladegerät η = 90% Li-Ionenbatterie η = 9% Umrichter η = 92% Motor η = 90% Ladeeffizienz = 86%, Fahrzeugeffizienz = 83% Gesamteffizienz = 71% Ladeverlust Gesamtverlust Netz-energie 4.24 kwh/0km Batterie-energie 3.62 kwh/0km Rad-energie 3 kwh/0km Kosten CHF 0.88 für 3.1 kwh Strom Reichweite 83km mit Batterie 3 kwh 1) A Study of Lead-Acid Battery Efficiency Near Top-of-Charge and the Impact on PV System Design, John W. Stevens, Sandia National Laboratories, New Mexico FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 3

4 FES Untersuchungsrahmen Verbrauchserhebung bei den Teilnehmern (e-scooter Tagebuch): Netz-Bezugsenergie [kwh] / Fahrten [0km] d.h. Verbrauch ist höher, da auch Lade- und Stillstandverluste mitgerechnet werden Verbrauchserhebung auf dem Rollenprüfstand: Batterie-Bezugsenergie [kwh] / Norm Fahrten [0km] d.h. Verbrauch ist tiefer, da die Normfahrzyklen (NEFZ und WMTC) eher 'sanfter' sind, als die wirklichen Verhältnisse Verbrauchserhebung mit Modellrechnungen: Batterie-Bezugsenergie / Norm Fahrten [0km] d.h. Verbrauch kann den wirklichen Verhältnissen über eine sog. Validierung angepasst werden FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 4

5 Modellrechnungen & Validierung erstellen eines mathematischen Modells Identifizieren der Parameter durch wirkliche Fahrten Abfahren von Rollentests auf dem Computer und Validierung durch Tests FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa,

6 Empfehlungen in Form US EPA "Energieettikette" FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 6

7 Das E-Scooter Tagebuch FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 7

8 das E-Scooter Tagebuch 'Übersicht' E-Scooter Tagebuch Fahrzeug Marke: Testmarke gemäss Fahrzeugausweis Modell: Testmodell gemäss Fahrzeugausweis Kennzeichen: CH 1234 gemäss Fahrzeugausweis Halter: Anna Muster gemäss Fahrzeugausweis Erhebungsperiode 1 [1 bis 4] min. 4 Perioden (siehe 'Hinweise') Begin 1. Februar 12 [TT.MM.JJJJ] Start dieser Erhebungsperiode Ende. April 12 [TT.MM.JJJJ] Ende dieser Erhebungsperiode Anzahl Fahrten 14 Anzahl Ladungen 11 Verbrauch und Fahrleistung (wird automatisch aus Tabelle 'Energie' übertragen) el. Energie ab Netz 9.6 kwh über gesamte Versuchsperiode Durchschnittsladung 0.9 kwh pro Ladezyklus Fahrdistanz (gesamt) km Summe der eingegebenen Fahrstrecken Durchschnittsfahrt.1 km mittlerer Verbrauch (Strom) 6.8 kwh/0km mittlerer Verbrauch (Benzin) 0.74 l/0km umgerechnet aus Stromverbrauch Ladegeräte (wird im Arbeitsblatt "Energie/fakultativ" verwendet) 1 Marke / Typ 2 falls verwendet 3 weitere falls verwendet Ladeort (wird im Arbeitsblatt "Energie/fakultativ" verwendet) 1 zu Hause 2 am Arbeitsort 3 öffentlich 4 weitere weitere Angaben (für Spezialisten) Batterie Hersteller Batterie Bezeichnung max. Batterie Spannung 8.0 V min. Batterie Spannung 46.0 V max. Entladestrom A max. Ladestrom A Zellen 14s1p Anzahl Zellen und Anordnung Reifen vorne Marke & Typ, falls bekannt Reifendruck vorne bar falls bekannt Reifen hinten Marke & Typ, falls bekannt Reifendruck hinten bar falls bekannt weitere Angaben Fahrzeuggewicht 1.0 kg gemäss Fahrzeugausweis übliche Zuladung 8.0 kg Passagiere und Gepäck Batterie Kapazität.0 Ah gemäss Fahrzeughandbuch (HB) Batterie Spannung 48.0 V gemäss HB Batterie Typ Li (Blei, Lithium,...) gemäss HB Benzin äquivalente 0.11 l/kwh Einsparung 80% Benzin genüber escooter FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 8

9 das E-Scooter Tagebuch 'Energie' Marke: Modell: Testmarke Testmodell Kennzeichen: CH 1234 erforderlich Eintrag Datum Distanz [km] Netzenergie [kwh] Verbrauch Bemerkungen Gesamt Total, Mittelwert etc. wird autom. berechnet & auf 'Übersicht' übertragen [#] [TT.MM.JJJJ] km-stand nach Fahrt Strecke seit letztem Eintrag kwh-stand vor Laden kwh-stand nach Laden Bezug [kwh/0km] [l/0km] v.a. für den Energieverbrauch relevante Ereignisse, wie starker Gegenwind, grosses Gewicht, platter Reifen,... eingeben Anfangssaldo ' Nachladen (Anfangskilometerstand & allfällige Erstladung eintragen) ' ' ' ' schlechte, gebirgige Naturstrasse ' ' ' lange Stillstandszeit > Selbstentladung ' Nachladen lange Stillstandszeit > Selbstentladung ' Nachladen lange Stillstandszeit > Selbstentladung ' viel Schnee ' ' anderes Energiemessgerät > muss vor & nachher abgelesen werden Typ Ort vor Laden Nach ' viel Zuladung, zu tiefer Reifendruck ' ' ' In der Zeile 'Gesamt' müssen Sie keine Eintragungen machen. Hier erscheinen errechnete Ergebnisse, die automatisch auf das Bl att 'Übersicht' u bertragen werden. In der Zeile 'Anfangssaldo' tragen Sie den Anfangskilometerstand und die evtl. Erstladung ein. In den folgenden Zeilen tragen Sie alle Batterieladungen mit Datum und jeweiligem Kilometerstand ein, auch allfällige Nachladungen, wenn Sie nicht fahren. Falls Sie möchten, können Sie auch gefahrene Strecken eintragen, nach denen Sie die Batterie nicht laden. In diesem Fall lassen Sie die Zellen i n der Spalte Netzenergie einfach leer. Ort: 1= zu Hause, 2 = am Arbeitsort, 3= öffentlich, 4= weitere fakultativ Ladeinfrastruktur Batt-Anzeige Ladung Batteriespannung Betriebszeit Laden - [Ah] vor Laden Nach Laden [h] FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 9

10 das E-Scooter Tagebuch 'Ereignisse' Marke: Modell: Testmarke Testmodell Kennzeichen: CH 1234 führen Sie wichtige Vorkommnisse auf, die die Betriebsfähigkeit des escooters einschränken. Interessant sind Details, die spezifisch mit dem neuen Antriebsstrang (Ladegerät, Batterie, Elektronik, Motor) zusammenhängen. Wenn Kosten anfallen bzw. sich Ausfallzeiten ergeben können Sie diese hier ebenfalls eintragen. Ereignis Datum km-stand Ereignis Kosten Ausfalldauer # TT.MM.JJJJ [km] [text] [CHF] [Tage] T otal Bremshebel abgebrochen (kippte vom Ständer) Kette 2 x vom Kettenblatt gesprungen Regeln: 4 Erhebungsperioden mit je min. Ladungszyklen je 2 in kalter (Okt-Apr) und 2 in warmer (Mai-Sep) Jahreszeit Aufschrieb min. Kilometerstand und Netzenergiebezug fakultative Daten: was immer die TestpilotInnen mitteilen möchten FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa,

11 Rücklauf spezielle Anwendung handschriftlich Marke: io-scooter Modell: 100 GT Kennzeichen: SG 637 Ort: 1= zu Hause, 2 = am Arbeitsort, 3= an einer öffentlichen Lademöglichkeit, 4= weitere Obligatorisch Ladezyklen Datum Ladeg. Ort km-zähler Stand Netzenergiebezug [kwh] Verbrauch Bemerkungen # TT.MM.JJJJ beim Laden Trip vor Laden nach Laden Diff [kwh/0km] [l/0km] (spezielle Fahrten, Mitfahrer, etc.) 22 Total / Mittel Über nacht und vor 2. Fahrt in der Kälte Fahrt mit 2 Personen 2 Fahhrten mit 1 kg Gepäck perfekt ca 17. km mit Kind (3 kg) Service. Reifendruck von 1. bar auf 3.0 bar erhöht Steile Bergfahrt nicht voll Kühle Nacht Marke: Modell: VX 1 Kennzeichen: 0 Ort: 1= zu Hause, 2 = am Arbeitsort, 3= an einer öffentlichen Lademöglichkeit, 4= weitere Obligatorisch Ladezyklen Datum Ladeg. Ort km-zähler Stand Netzenergiebezug [kwh] Verbrauch Bemerkungen # TT.MM.JJJJ beim Laden Trip vor Laden nach Laden Diff [kwh/0km] [l/0km] (spezielle Fahrten, Mitfahrer, etc.) 6 Total / Mittel Anfangszählerstand erste Ladung jedoch noch ohne Ladegerät? eine Fahrt, jedoch ohne Laden am Schluss! Laden am Arbeitsort gemischt WINT ERPAUSE Roller eingestellt bis Zwischenladung gem. T elefon R. Widmer EMPA Zwischenladung gem. T elefon R. Widmer EMPA weshalb dieser Eintrag? FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 11

12 Rücklauf Teilnehmer: ca. 0 auswertbare Tagebücher: dies entspricht: ca. 27'000km Fahrstrecke ca. 800 Fahrten ca. 700 Akku-Ladungen Häufigkeit Häufigkeit ca. 2'000 kwh Energie (1'0 Liter Benzin äq.) [km] More Gesamtstrecke Ladungen [kwh] [km] 6.28 kwh/0km Durchschnittsverbrauch 'Strom' 0.69 l/0km Durchschnittsverbrauch 'Benzin' FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 12

13 Datenauswertung Gruppierung nach Teilnehmern: Fahrzeugmarken/ -typen: 1 Gruppierung nach Höchstgeschwindigkeiten: Kategorie bis 4km/h: 8 Fhz Kategorie bis 80km/h: Fhz Kategorie über 80km/h: 11 Fhz Gruppierung nach Jahreszeit: Sommer (Mai-Sep) Erhebungen: Winter (Okt-Apr) Erhebungen: 22 (ca. 12'000km) 18 (ca. 13'000km) FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 13

14 Durchschnittsverbräuche [kwh] der Teilnehmer Verbrauch hoch tief Mittel Elmoto Etropolis Grace IO-scooter IO-Scooter Kyburz pgo e-max Erider Beauty Oxygen Vesp@ Erider QVR QVR QVR escooter4 escooter80 escooter FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 14

15 Durchschnittsverbräuche [kwh] der Teilnehmer kumlierter Energiebezug [kwh] Verbrauch hoch tief Mittel kumulierte Fahrstrecke [km] Pb & Li Batterie zusätzlich BMS Probleme Artefakt der Mittelwertberechnung kumlierter Energiebezug [kwh] sehr kurze Fahrten lange Ladezeiten? lange Stillstandzeiten mit Nachladen? kumulierte Fahrstrecke [km] ebike4! ungenaue Energiemessung (Auflösung 0.)? Elmoto Etropolis Grace IO-scooter IO-Scooter Kyburz pgo e-max Erider Beauty Oxygen Vesp@ Erider QVR QVR QVR escooter4 escooter80 escooter FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 1

16 Fahrten und Energiebezüge nach Fhz Kategorie Verteilung von escooter4 Fahrten [km] 0 Verteilung von escooter4 Ladungen [kwh] Verteilung von escooter80 Fahrten [km] Verteilung von escooter0 Fahrten [km] More More More 2 Verteilung von escooter80 Ladungen [kwh] 1 0 Verteilung von escooter0 Ladungen [kwh] 0 FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 16

17 Fahrten und Energiebezüge nach Jahreszeit Verteilung Winterfahrten [km] Mo Verteilung Winterladungen [kwh] 4 3 Verteilung Winter- & Sommerfahrten [km] 2 Verteilung Winter- & Sommerladungen [kwh] More FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 17

18 Durchschnittsverbräuche [kwh] der Teilnehmer Verbrauch V winter V sommer Verbrauch Elmoto Etropolis Grace IO-scooter IO-Scooter Kyburz pgo e-max Erider Beauty Oxygen Vesp@ Erider QVR QVR QVR escooter4 escooter80 escooter FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 18

19 häufige Probleme Mechanische Probleme sind die häufigsten und gleich wie bei Benzin-Scooter zb: Bremszylinder defekt Keilriemen gerissen Reifen platt Ständer verbogen, (zu schwach für Fahrzeuggewicht) Elektrische Probleme sind ähnlich häufig und gleich wie bei Benzin-Scooter zb: Kabelbruch (Rücklicht defekt) fehlerhafte Anzeigen (Akku-Ladezustand, Tacho / Km-Zähler) Anlasser(schlüsselschalter) defekt die Batterie ist die meist genannte Einzelkomponente, wobei für den Nutzer meist nicht feststellbar ist, ob eine andere Komponente schuld wäre zb: Batterie seit kurzem rasch leer / zu geringe Reichweite >>> eine Zelle war defekt Batterie lädt nicht >>> Ladegerät war defekt Batterie entlädt sich selbst >>> BMS war defekt FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 19

20 Schlüsse aus e-scooter Tagebuchaufzeichnungen Fahrverbräuche entsprechen den modellierten Werten: 'escooter4' ca. 2-4 kwh/0km, 'escooter80' 4-6 kwh/0km, 'escooter0' 6-9 kwh/0km Netzenergiebezüge sind deutlich höher als die Fahrverbräuche 'escooter4' ca. 4 kwh/0km, 'escooter80' ca. 6 kwh/0km, 'escooter0' ca. 8 kwh/0km andere Ladegeräte und Ladeverhalten können eine deutliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades bringen Gewisse Ladegeräte und Batteriemanagementsystem sind offenbar ineffizient, besonders wenn die Batterie schon fast voll ist >>> Batterie nicht ganz vollladen und Ladegerät ausstecken! Die Daten zeigen keinen eindeutigen Verbrauchsanstieg im Winter! Die entnehmbare Batteriekapazität verringert sich bei Kälte >>> zur Erhaltung der Reichweite sollte man vor dem Laden und Fahren vorwärmen z.b. in der Garage! Mittlerweile bessere, aber immer noch knappe Datenlage, die z.b. für Verbrauchstrend-Analysen nicht genügt. FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa,

21 Merci FES Workshop 08. August 12, "e-scooter Stromverbrauch", Empa, 21