Optimale Reisegeschwindigkeit und Etappenlänge

  • Zusammenfassung: (tl;dr;)

    *A Better Routeplanner (ABRP) ist super

    * Fahrt Richtgeschwindigkeit; Rasen rentiert sich mit E-Autos nicht wirklich

    * Ladet möglichst direkt an der Autobahn

    * Fahrt lieber kürzere Etappen (ca. 100 - 150 km) und ladet von 10% bis 40-60%

    * Bei längeren Etappen kann man auch von 10%-80% laden


    Optimale Reisegeschwindigkeit und Etappenlänge


    Hi Zusammen,

    in dem Thread wollte ich mal meine Überlegungen zur optimalen Reisegeschwindigkeit mit dem ID.3 vorstellen.

    Die Überlegungen sind rein theoretisch, da unser ID3 noch auf sich warten lässt.

    Ich hatte bereits mal in einem anderen Thread eine Abbildung geteilt. Allerdings hatte ich dabei einen Rechenfehler und das Ergebnis war komplett falsch.

    Daher hier nochmal der Hinweis: Das folgende kann auch komplett falsch sein, ich gebe keine Gewähr auf die Berechnungen. Falls ich/ihr Fehler findet, versuche ich das natürlich zu berichtigen.


    Rohdaten

    Für die Ladekurve habe ich die Werte des Youtubers Battery Life verwendet [1]. Auch die Werte für den Verbrauch habe ich aus dessen Video [2].

    Warum die Werte für den Verbrauch wichtig sind, leuchtet vermutlich jedem sofort ein. Aber auch die Ladekurve beeinflusst die Überlegungen hier sehr stark.

    Verbrauchswerte

    Falls Ihr die Berechnungen nachvollziehen wollt, hier findet Ihr nochmals die Werte aus dem Video [2]:


    Durchschnittliche Geschwindigkeit [km/h] Verbrauch [kWh/100km]
    86,2 13,3
    101,6 17,0
    118,5 21,8
    142,2 31,6


    Quadratisch mit Google Docs gefittet ergibt sich folgender Graph mit einer quadratischen Trendlinie.

    Verbrauch und Geschwindigkkeit.png


    Energieverbrauch (Evb) [kWh/100km] in Abhängigkeit der Geschwindigkeit x [km/h]

    Evb (x) = 16 -0,245x + 2,5E-03x2


    Ladekurve

    Die Ladekurve habe ich Anhand einiger bekannter Ladekurven "idealisiert".


    Von 0% bis 30% State-of-Charge (SoC) habe ich 100kW Ladeleistung verwendet. Anschließend verringert sich die Ladeleistung linear auf 50kW bei 70%, bleibt dann konstant bei 50kW bis 80% und verringert sich wieder linear bis 15kW bei 100%. Besser wäre es gewesen, eine vollständige Ladekurve als Tabelle zu verwendet, diese habe ich leider noch nicht gehabt. In folgender Abbildung ist die idealisierte Ladekurve und die experimentellen Werte des Youtube Channels Battery Life dargestellt.

    Ladekurve ID.3 - 58 kWh.png


    Optimales Laden

    Wer schnell Reisen will, der muss auch schnell laden. Daher betrachte ich das hier zunächst.

    Wenn man sich die "idealisierte" Ladekurve ansieht, erkennt man schnell, dass man optimaler Weise zwischen 0% und 30% auflädt, da hier die Ladeleistung am höchsten ist. Hierbei werden allerdings noch 2 Aspekte ignoriert, welche in der Praxis natürlich relevant sind:

    • Einerseits benötige ich je Ladestopp eine gewisse Zeit um von der Autobahn abzufahren, den Schnelllader zu suchen, anschließend parken, gegebenenfalls auf eine freie Säule warten, Ladesäule freischalten etc. Diese extra Zeit nenne ich hier einfach mal "Offset".
    • Außerdem will man vermutlich nicht mit 0% SoC am nächsten Schnelllader angekommen und im Falle einer defekten Säule dort stranden. Selbst die absoluten Profis, wie der Youtuber Christian Stadler (Battery Life) oder Bjørn Nyland (Teslabjorn), planen meistens den nächsten Ladepunkt mit 10% SoC zu erreichen. Das ist ebenfalls die Voreinstellung bei ABRP. Daher habe ich dies für meine Betrachtungen ebenfalls als Minimum gesetzt.

    Ich werde jetzt auch den Begriff "Ladehub" verwenden. Wenn ich z.B. von 10% auf 50% geladen habe, dann habe ich die Batterie um 40% aufgeladen, also einen Ladehub von 40% verwendet. (Wie vorhin geschrieben, starten wir immer bei 10% SoC).

    Daher ist es auch klar, dass der maximale Ladehub nur 90% sein kann (also von 10% auf 100%).


    Betrachten wir also als nächstes die durchschnittliche Ladeleistung. Wenn ich von 10% auf 30% auflade, habe ich eine durchschnittliche Ladeleistung von 100 kW. Wenn ich aber bis 50% auflade ist die durchschnittliche Ladeleistung geringer (weil die Ladeleistung ab 30% sinkt). Die durchschnittliche Ladeleistung hängt also davon ab, wieviel ich aufladen möchte (also dem Ladehub). Dies könnt ihr im folgenden Diagramm sehen (blaue Linie). Hier habe ich die durchschnittliche Ladeleistung in Abhängigkeit des Ladehubs dargestellt:

    Ladeleistung für variablen Offset (extra Zeit pro Ladestopp) in Abhängigkeit des Ladehubs ab 10% (beispielsweise 10% bis 80% entspricht 70 % Ladehub).png

    Was lässt sich noch erkennen? Wie vorher bereits erwähnt, benötigt man pro Ladestopp nochmals eine extra Zeit (Offset). Die unterschiedlichen Kurven im Diagramm entsprechen dem unterschiedlichen Offset von 0min bis 7min.

    Ergebnisse: (Das meiste habt ihr vermutlich bereits intuitiv so vermutet)

    • Es gibt einen Hochpunkt der durchschnittlichen Ladeleistung der je nach Offset bei grob 30% bis 50% liegt. Man sollte also, wenn man schnell Laden will, bis grob 40% bis 60% aufladen
    • Je mehr extra Zeit man benötigt (z.B. weil der Schnellader nicht an der Autobahn ist), desto niedriger die durchschnittliche Ladeleistung. Der Hochpunkt wandert zu einem höheren Ladehub. Wenn man also von der Autobahn abfährt, sollte man eher mehr aufladen. Aber die Kurve wird insgesamt deutlich flacher, es macht also keinen so deutlichen Unterschied mehr aus.
    • Die Kurven unterscheiden sich stärker als ich gedacht hätte. Es rentiert sich anscheinend sich bei den Ladestopps zu beeilen, hier zählt jede Minute ;)
    • Die durchschnittliche Ladeleistung ist ganz grob im Bereich 65 kW bis 75 kW.

    Für die späteren Berechnungen habe ich noch eine Gleichung benötigt, welche diese durchschnittliche Ladekurve widerspiegelt. Dafür findet Ihr die beiden 3min und 5min Kurven in folgender Abbildung nochmals mit einer polynomischen Ausgleichskurve:

    Ladeleistung für variablen Offset (extra Zeit pro Ladestopp) in Abhängigkeit des Ladehubs ab 10% (beispielsweise 10% bis 80% entspricht 70 % Ladehub) mit Trendkurven (1).png

    Für z.B. ein 5min Offset ergibt sich dann folgende Gleichung für die Ladeleistung P in Abhängigkeit des "Ladehubs" x

    P(x) = 14,9 + 339x -747x^2 + 715x^3 + -267x^4

    (z.B. für einen Ladehub von 40% ist x=0,4 und damit P(0,4) = 69,9 kW)

    Optimale Reisegeschwindigkeit

    Jetzt kennen wir realistische Werte für die durchschnittliche Ladeleistung und den Energieverbrauch.

    Anhand der Daten kann man eine effektive Geschwindigkeit in Abhängigkeit der gefahrenen Höchstgeschwindigkeit berechnen. In der folgenden Abbildung ist dies dargestellt:

    Effektive Geschwindigkeit (inkl. Ladestopps) in Abhängigkeit der gefahrenen Höchstgeschwindigkeit - betrachtet für unterschiedliche Ladeleistungen.png

    Je schneller man fährt, desto mehr Verbrauch hat man. Je nach durchschnittlicher Ladegeschwindigkeit ergibt sich eine andere optimale Reisegeschwindigkeit. Man sieht (was vermutlich auch jeder so erwartet hätte):

    • Es gibt einen Turnaround (bzw. Hochpunkt). Also ab einer gewissen Geschwindigkeit, sinkt die effektive Geschwindigkeit
    • Bei langsamer Ladegeschwindigkeit (z.B. 22 kW bis 35 kW (z.B. im Winter)) ist die optimale Geschwindigkeit im Bereich von 90 bis 110 km/h
    • Durch die hohe Ladegeschwindigkeit des ID.3 (insbesondere der 77kWh Version), kann man auch schneller Fahren. Ca. 120 bis 130 km/h.
    • 160 km/h fahren rentiert sich nicht.

    Das Diagramm ist für die Praxis allerdings gar nicht so relevant. Hier wird beispielsweise immer eine durchschnittliche Ladeleistung von 75 kW (rote Kurve) verwendet. Das war ja ein Ladehub von ca. 40%. Und sobald die Batterie 10% SoC erreicht, ist auf magische Weise wieder eine Schnellladesäule da.

    Das ist selbstverständlich in der Praxis nicht gegeben. Da haben wir immer einen festen Abstand zwischen den Schnellladesäulen, welchen wir einhalten müssen. Das betrachte ich im nächsten Abschnitt.

    Etappenlänge

    Angenommen wir wollen eine Etappe mit einer Länge von 200 km fahren. Wenn wir auf dieser Etappe unsere Durchschnittsgeschwindigkeit erhöhen und einen höheren Verbrauch erzielen, müssen wir natürlich auch mehr laden. Mit einer geringeren Geschwindigkeit brauche ich möglicherweise nur einen Ladehub von 40%, mit einer höheren Geschwindigkeit allerdings bereits 80%. Aus dem vorhergehenden Text wissen wir aber, dass die durchschnittliche Ladegeschwindigkeit vom Ladehub beeinflusst wird. Daher ist dann erneut die Frage: Wie hoch ist die optimale Reisegeschwindigkeit, bei festen Etappenlängen.

    Ich habe das mal für 3 unterschiedliche Etappen dargestellt. Dabei fahren wir also von einem zum nächsten Ladepunkt, entweder 100km, 150km oder 200km.

    Wir laden (startend bei 10%) jeweils genau soviel, dass wir die Etappe mit der jeweiligen "gefahrenen Höchstgeschwindigkeit" schaffen. Der Verbrauch (in Prozent) ist hier also gleich dem Ladehub. Die Kurven haben hier ein Ende, weil hier mehr also 100% geladen werden müsste.

    Die beiden Abbildungen zeigen dieselben Kurven, nur mit verschiedenem Ausschnitt (Zoom):

    Effektive Geschwindigkeit (inkl. Ladestopps) für unterschiedliche Distanzen (zwischen den Schnellladern) in Abhängigkeit der gefahrenen durchschnittlichen Geschwindigkeit - bei 5min extra Zeit pro Ladestopp.pngEffektive Geschwindigkeit (inkl. Ladestopps) für unterschiedliche Distanzen (zwischen den Schnellladern) in Abhängigkeit der gefahrenen durchschnittlichen Geschwindigkeit - bei 5min extra Zeit pro Ladestopp (1).png

    (Die extra Zeit je Ladestopp "Offset", habe ich hier mit 5min gewählt)

    Ich habe die Werte für die 3 "Hochpunkte" hier nochmals zusammengeschrieben. Das sollten also die optimalen Reisegeschwindigkeiten für die jeweilige Etappenlänge sein (beachtet auch den jeweiligen Verbrauch). Natürlich ist die Kurve um den Hochpunkt herum, sehr flach und es ist daher nur vernünftig eher etwas langsamer zu fahren. Durch etwas langsameres fahren ändert sich die effektive Geschwindigkeit kaum, fährt man schneller sinkt die effektive Geschwindigkeit sogar:

    Etappenlänge optimale Geschwindigkeit Verbrauch
    (bzw. Ladehub)
    Ladeleistung Effektive Geschwindigkeit Ladezeit Fahrzeit Gesamtzeit
    [km] [km/h] [%] [kW] [km/h] [min] [min] [min]
    100 132 46,63% 70,4 87,6 23 45 68
    150 125 62,80% 68,7 86,7 32 72 104
    200 119 76,23% 65,8 85,0 40 101 141


    Ergebnisse:

    • Es gibt einen deutlichen Turnaround, fährt man schneller sinkt die effektive Geschwindigkeit
    • Kürzere Etappen erhöhen die effektive Geschwindigkeit, fahrt also lieber Etappen in der Größe von 100km bis 150km.
    • Bei längeren Etappen könnt ihr auch mehr Laden. z.B. bei 200km Etappenlänge kann man von 10% bis 86% laden (laut Tabelle).
    • Für längere Etappen sinkt die optimale Reisegeschwindigkeit (eher 120, statt 130)



    [1] https://docs.google.com/spread…WsMrA/edit#gid=1236251277

    [2] https://www.youtube.com/watch?v=pzOs63GZvfM

    ID.3 Tech - SW 0792 - (150kW/58kWh) mit WP in Makena-Türkis; 18 Zoll Reifen (Sommer/Winter); Wallbox ID. Charger

    Einmal editiert, zuletzt von mawebi () aus folgendem Grund: Tabelle ergänzt (Zeiten) und Werte korrigiert

  • Oha, da hat sich einer viel Gedanken gemacht. Man muß allerdings individuell auch noch andere Fakten mit einbeziehen. Nehmen wir an mein Tour ist voll geladen und ich will zu einem 100 Km entfernten Ort und zurück fahren. Da fahre ich so schnell wie ich Bock habe und lade zu Hause wieder auf. Bei Langstrecke plane ich meine Fahrten nicht nur nach dem Verbrauch sondern auch nach Pausen wo ich lange laden kann. Von daher ist ABRP mit richtig eingetragenen Daten schon super.

    Pro-S-Tour mit WP und Ganzjahresreifen

  • Sowas wollte ich auch schonmal ausrechnen, als ich aber drüber nachgedacht hab und mir klar wurde wieviel Vorarbeit dafür noch nötig wäre (Kurvenfitting, etc.) hab ich dann irgendwie die Lust verloren. Von daher Hut-ab und Danke dass du das durchgezogen hast. Solche nerdigen Dinger mag ich ja sehr ;)


    Das Ergebnis überrascht nicht wirklich - irgendwie deckt sich das so ein bissel mit dem was man ohnehin intuitiv schon so erwartet hätte - aber jetzt hat man's schwarz auf weiß.

    ID.3 Pro Performance Life
    150kW - 58kWh - WP - mondsteingrau - East-Derry (18") / Andoya (19") je nach Jahreszeit - Software: 2.3 (0910) - Laternenparker

    2 Wochen Tronity extra? - hier der Empfehlungslink

  • D.h. in einfachen Worte: im Durchschnitt um ca. 50 km/h schneller unterwegs = doppelter Verbrauch = halbe Reichweite.


    ähnlich: die hälfte Heizkosten = um 4 °C niedrigere Raumtemperatur

    ID.3 Tech Stonewashed Blue 17.Dez.2020 Software 07928)

  • Nehmen wir an mein Tour ist voll geladen und ich will zu einem 100 Km entfernten Ort und zurück fahren.

    Mit dem Szenario bist du nicht Zielgruppe des Artikels.


    Bei Langstrecke plane ich meine Fahrten nicht nur nach dem Verbrauch sondern auch nach Pausen wo ich lange laden kann.

    Klar längere Standzeiten sind ein Faktor der hier nicht drin ist und ABRP macht da schon einiges automatisch - aber es schadet nichts hinter die "magic" von ABRP schauen zu können und selber Überlegungen anzustellen. Man macht ja auch nicht auf jeder Tour eine lange Pause.


    Ich fahre bspw. öfters etwa 330km - das dauerte bisher mit einem flotten Verbrenner je nach Verkehrslage zwischen 2:30h und 4h. Klar, die ganz kurzen Zeiten erfordern schon einen schweren Bleifuß und sind mit dem ID.3 nicht mehr machbar, aber auch bei 3:15h (was bei guter Verkehrslage realistisch machbar ist ohne zu rasen) mach ich nicht unbedingt eine Pause zum Essen - genau für solche Szenarien sind die oben ausgerechneten Werte doch Gold wert. Damit kann ich die Verteilung der Ladestationen anschauen, die Etappenlängen abschätzen und dann einen guten Plan für möglichst schnelles Reisen machen. ABRP kann das auch, keine Frage - aber ich finde es schön die relevanten Eckdaten des eigenen Fahrzeugs so parat zu haben, dass ich diese Planung auch alleine hinkriege.

    ID.3 Pro Performance Life
    150kW - 58kWh - WP - mondsteingrau - East-Derry (18") / Andoya (19") je nach Jahreszeit - Software: 2.3 (0910) - Laternenparker

    2 Wochen Tronity extra? - hier der Empfehlungslink

  • Auch ein sehr cooles Tool - kannte ich noch gar nicht. Zeigt es einem auch die Ladestationen an (und ich bin nur zu unfähig zu finden wo?) oder ist das eher für theoretische Überlegungen?

    ID.3 Pro Performance Life
    150kW - 58kWh - WP - mondsteingrau - East-Derry (18") / Andoya (19") je nach Jahreszeit - Software: 2.3 (0910) - Laternenparker

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  • Man sollte jetzt im Winter auch beachten, dass bei 110 km/h der Akku kalt wird und somit nicht schnell geladen werden kann. Die letzten Kilometer vor dem Lader sollte man also ruhig "Stoff" geben, damit mit 100 kW geladen werden kann. Das muss man leider erfahren, das lässt sich schwer abschätzen. Im Schnitt sind die 70 kW Ladeleistung sicherlich für den ID.3 realistisch.


    VG Roman

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    ID.3 Pro Performance 1st Plus 20er Jahrgang #3083 made in Zwickau SW 0783

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  • Auch ein sehr cooles Tool - kannte ich noch gar nicht. Zeigt es einem auch die Ladestationen an (und ich bin nur zu unfähig zu finden wo?) oder ist das eher für theoretische Überlegungen?

    Das hab ich auch noch nicht gefunden, oder bin auch zu unfähig😊

    Aber trotzdem eine super Ergänzung

  • Bei mir sieht es im Winter doch sehr knapp aus:


    pasted-from-clipboard.png


    Die "ideale" Ladekurve bekommt man hin in dem man kurz vor dem Ziel nochmal "Vollstrom" gibt.

    Alter Tesla-Trick, aber der hatte ja auch das schöne Burndown-Chart drin...


    Eigentlich empfehle ich ja 20% Rest (50km), da muss man sich der Ziel-Ladestation schon sehr sicher sein für weniger!

    YouTube-Kanal "Schräg" VW ID.3 1st PRO schwarz (SW 0564) - (10'2020) ohne WP (2.695 km; 19,4 kWh/100 km)
    VW ID.3 1st MAX weiß (SW 0564) - (11'20 - 02'21) mit WP (2.787 km; 22,2 kWh/100 km)
    VW ID.3 ProPerfMAX türkis (SW 0910) - (ab 02'21) DCC, WP &
    "AHK" mit 55 kg 75 kg ;)
    http://www.Zukunft42.de OTA ID 2.3.0 (0910) ist komplett drauf über die #Luftschnittstelle
    ...immer Mittwochs wird bei mir auf neue OTA-Updates gecheckt!


    Einmal editiert, zuletzt von Schraeg ()

  • Übrigens der "Navigator" in der Me1 (0783) rechnet wohl sogar mir 30% SoC am Lader und dann bis 80% wieder aufladen.

    Allerdings waren die Ladestationen in meinem Beispiel nicht ideal gewählt und es gab auch einen Austreißer mit 17% SoC.

    Muss ich nochmal nachrechnen wenn die Version auf meinem Auto drauf ist.


    pasted-from-clipboard.png


    Link zum Video: ID.3: Navigation mit Ladestopps

    YouTube-Kanal "Schräg" VW ID.3 1st PRO schwarz (SW 0564) - (10'2020) ohne WP (2.695 km; 19,4 kWh/100 km)
    VW ID.3 1st MAX weiß (SW 0564) - (11'20 - 02'21) mit WP (2.787 km; 22,2 kWh/100 km)
    VW ID.3 ProPerfMAX türkis (SW 0910) - (ab 02'21) DCC, WP &
    "AHK" mit 55 kg 75 kg ;)
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