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metacell:ecosystem:zahlenspiele [02.10.2018 16:06]
Bernd.Brincken [Leistung] 		metacell:ecosystem:zahlenspiele [30.11.2023 15:50] (aktuell)
Bernd.Brincken [Preis-Visionen] Satzbau
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 ===== Zahlenspiele ===== ===== Zahlenspiele =====
-In dem [[Ecosystem:start]] um Hersteller, Entwickler und Anwender von Fahrbatterien spielen drei Parameter eine wesentliche Rolle:+In dem [[metacell:Ecosystem:start]] um Hersteller, Entwickler und Anwender von Fahrbatterien spielen drei Parameter eine wesentliche Rolle:
   * Leistungsbedarf der Fahrzeuge   * Leistungsbedarf der Fahrzeuge
   * Kapazität, die vor allem die Reichweite ausmacht   * Kapazität, die vor allem die Reichweite ausmacht
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 Bei einem a) **Pedelec** ist die Leistung in der EU begrenzt auf 250 Watt (bis 25 km/h), für **S-Pedelec** 450 W (bis 45 km/h, mit Versicherungskennzeichen). Dies ist ein "Sinus-Wert", d.h. er darf dauerhaft nicht überschritten werden, kurzzeitig aber schon, etwa zum Anfahren oder Beschleunigen. Bei einem a) **Pedelec** ist die Leistung in der EU begrenzt auf 250 Watt (bis 25 km/h), für **S-Pedelec** 450 W (bis 45 km/h, mit Versicherungskennzeichen). Dies ist ein "Sinus-Wert", d.h. er darf dauerhaft nicht überschritten werden, kurzzeitig aber schon, etwa zum Anfahren oder Beschleunigen.
  
-Mit den 250 W werden etwa 25 km/h erreicht. Wenn der Fahrer noch ein paar Watt dazu-strampelt - typisch sind 100 bis 150 W, Sportler erreichen auch das dreifache - stehen maximal 400 W zur Verfügung. Das ist sinnvoll für Steigungen und zum Beschleunigen. +Mit den 250 W Pedelec werden mit einem Tourenrad, also in aufrechter Haltung (cwa 0,8), etwa 25 km/h erreicht; in der Theorie 200 W gemäß [[http://www.kreuzotter.de/krause_speed.htm|kreuzotter.de]]. Wenn der Fahrer noch ein paar Watt dazu-strampelt - typisch sind 100 bis 150 W, Sportler erreichen auch das vierfache - stehen maximal 400 W zur Verfügung. Das ist sinnvoll für Steigungen und zum Beschleunigen. 
  
-Der Leistungsbedarf ergibt sich überwiegend aus dem [[wpde>Luftwiderstand]], während Reibung im Antrieb und Walkarbeit im Reifen kaum eine Rolle spielen. Er steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit - bei 50 km/h braucht man also die vierfache Leistung wie bei 25, beim S-Pedelec mit 45 km/h die 3,2-fache. Das wären nach o.g. Werten etwa 800 W. Die zulässige Geschwindigkeit ist mit den 450 + 150 = 600 W also kaum erreichbar - nehmen wir daher an: 40 km/h+Der Leistungsbedarf ergibt sich bei Geschwindigkeiten über 20 km/h überwiegend aus dem [[wpde>Luftwiderstand]], während [[wpde>Rollwiderstand]] und Reibung im Antrieb eine immer kleinere Rolle spielen. Er steigt mit der //dritten// Potenz der Geschwindigkeit - bei 50 km/h braucht man also die achtfache Leistung wie bei 25, beim S-Pedelec mit 45 km/h die 5,8-fache wie bei 25 km/h - über 1.000 W. Diese zulässige Geschwindigkeit ist mit den 450 + 150 = 600 W also nicht erreichbar (daher wurde der Grenzwert kürzlich auf 1,5 kW angehoben). Realistisch sind 35 km/h, mit Rennlenker auch 40.
  
-Nebenbei, der Luftwiderstand hängt wesentlich an der [[wpde>Stirnfläche]], die man durch Ducken, durch einen flacheren Lenker oder einen kleineren Fahrer senken kann. Noch mehr bringt eine liegende Position (Liegefahrrad), die aber praktisch kaum benutzt wird. Wiederum, während [[wpde>Rekuperation]] grundsätzlich sinnvoll ist, allein weil ohne mechanischen Zusatzaufwand realisierbar, kann sie in Luft-Reibung umgesetzte Energie nicht zurückholen. +Der Luftwiderstand hängt wesentlich an der [[wpde>Stirnfläche]], die man durch Ducken, durch einen flacheren Lenker oder einen kleineren Fahrer senken kann. Noch mehr bringt eine liegende Position ([[http://www.kreuzotter.de/krause_speed.htm|Tiefliegerad cwa 0,18]]), idealerweise mit Vollverkleidung - bisher aber nur selten genutzt ([[wpde>Velomobil]]). Wiederum, während [[wpde>Rekuperation]] grundsätzlich sinnvoll ist, allein weil ohne mechanischen Zusatzaufwand realisierbar, kann sie in Luft-Reibung umgesetzte Energie nicht zurückholen. 
  
-Nun zu einem E-Motorrad, z.B. für einen Pendler, der auch Autobahn-Strecken benutzt. Er muss gesetzlich mindestens 60, praktisch wegen der LKW 90 km/h erreichen. Nennen wir es b) **Commuter-Bike**. \\  +Nun zu einem E-Motorrad, z.B. für einen Pendler, der auch die Autobahn nutzt. Er muss gesetzlich mindestens 60, praktisch wegen der LKW 90 km/h erreichen. Nennen wir es b) **Commuter-Bike**. \\  
-Bei einer Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h wären im Vergleich zum normalen Pedelec 2^4, also 16 x 250 W = 4 kW notwendig. Ein solches Fahrzeug wird zudem eine größere Stirnfläche haben - stabilerer Rahmen, Bremsen und breitere Räder. Man braucht also mehr als die 4 - setzen wir 6 kW an. +Bei einer Höchstgeschwindigkeit von 100 km/h wären bei gleichem Luftwiderstand wie beim Pedelec 4^3, also 64 x 200 W = 12,8 kW notwendig. Ein aerodynamisch für hohe Geschwindigkeiten optimiertes Motorrad kann dagegen einen cwa von 0,3 erreichen ([[https://www.motorradonline.de/tourer/technik-windkanalvergleich-koenig-der-luefte/|motorrad.de 1997]]), und braucht damit nur 4 kW. 
  
-Bei einem c) **E-PKW**, in dem zwei Menschen nebeneinander sitzen, sind nach praktischer Erfahrung - siehe diverse Web-Foren - mehr als 10 kW für die 100 km/h notwendig. Nehmen wir für die folgenden Zahlenspiele an, der E-PKW nutzt 12 kW. \\ +c) **E-PKW**, hier können zwei Menschen nebeneinander sitzen, mit einem cwa-Wert von 0,6 ([[https://www.autobild.de/bilder/die-tops-und-flops-im-windkanal-668619.html#bild11|Mercedes W211]]) sind etwa 8 kW für die 100 km/h notwendig. Die Maximalleistung mag jeweils höher sein, allein um Steigungen zu bewältigen - was hier nicht weiter betrachtet wird. 
-Die Maximalleistung mag jeweils höher sein, um Steigungen u.ä. zu bewältigen, was aber hier vernachlässigen wird. +
  
 ==== Kapazität ==== ==== Kapazität ====
 Beim 250W-Pedelec ist die Rechnung einfach. Der typische Akku hat 250 Wh (Wattstunden) Kapazität, hält also genau eine Stunde, wenn man ständig mit der zulässigen Dauerleistung fährt. Das bedeutet bei 25 km/h > genau 25 km Reichweite. Nicht viel. Beim 250W-Pedelec ist die Rechnung einfach. Der typische Akku hat 250 Wh (Wattstunden) Kapazität, hält also genau eine Stunde, wenn man ständig mit der zulässigen Dauerleistung fährt. Das bedeutet bei 25 km/h > genau 25 km Reichweite. Nicht viel.
  
-Warum geben die meisten Pedelec-Anbieter denn 80 km oder 120 km an? In der Praxis werden die 250 W nur selten genutzt, denn bereits bei 100 W spürt der Fahrer einen deutlichen 'Rückenwind'; vielleicht reicht ihm das. \\ Irgendeine Norm für die Messung gibt es ohnehin nicht - siehe auch [[Zyklenzahl]].+Warum geben die meisten Pedelec-Anbieter denn 80 km oder 120 km an? In der Praxis werden die 250 W nur selten genutzt, denn bereits bei 100 W spürt der Fahrer einen deutlichen 'Rückenwind'; vielleicht reicht ihm das. \\ Irgendeine Norm für die Messung gibt es ohnehin nicht - siehe auch [[metacell:ecosystem:Zyklenzahl]].
  
-Nun die Kosten, nur auf die Zellen gerechnet: Eine 18650 Marken-Lithium-Ionen-Zelle - und nur die erreicht annähernd die Leistungswerte des Herstellers - mit 3,6 Volt und 2,5 Ah, also 9 Wh - kostet etwa 4 Euro. Die Fahrbatterie mit 250 Wh (28 Zellen) kommt daher auf 112 €, Gewicht 1,4 kg.\\+Nun die Kosten, nur auf die Zellen gerechnet: Eine 18650 Marken-Lithium-Ionen-Zelle - und nur die erreicht annähernd die Leistungswerte des Herstellers - mit 3,6 Volt und 2,5 Ah, also 9 Wh - kostet etwa 4 Euro (Stand 2019). Die Fahrbatterie mit 250 Wh (28 Zellen) kommt daher auf 112 €, Gewicht 1,4 kg.\\
 Für den Pedelec-Betreiber macht das grob 10% der Fahrzeug-Kosten und des Gewichts aus.  Für den Pedelec-Betreiber macht das grob 10% der Fahrzeug-Kosten und des Gewichts aus. 
  
-Ein S-Pedelec, das 40 km/h erreichen mag, braucht schon die dreifache Batteriegröße, siehe oben - also 330 € und 4,2 kg. Der Kosten- und Gewichts-Anteil ist bereits deutlich höher. +Ein S-Pedelec, das 35 km/h erreichen mag, braucht schon die dreifache Batteriegröße, siehe oben - also 330 € und 4,2 kg. Der Kosten- und Gewichts-Anteil ist bereits deutlich höher. 
  
-Beim Commuter-Bike ändern sich die Verhältnisse noch einmal deutlich: Nehmen wir auch hier an, man will eine Stunde fahren, kommt also 100 km weit - für einen Pendler praktikabel. Für die 6 kWh braucht man dann 670 Zellen, die 2.680 € kosten, und 33,5 kg wiegen. Bei einem halbwegs marktgerechten Endpreis von 8.000 € bedeutet das einen Anteil von 33%. +Beim verkleideten Commuter-Bike (cwa 0,3) ändern sich die Verhältnisse noch einmal deutlich: Nehmen wir auch hier an, man will eine Stunde fahren, kommt also 100 km weit - für einen Pendler praktikabel. Für die 4 kWh braucht man dann 445 Zellen, die 1.785 € kosten, und 22,3 kg wiegen. Bei einem halbwegs marktgerechten Endpreis von 8.000 € bedeutet das einen Anteil von 22%. 
  
-Der E-PKW darf für den gleichen Kosten-Anteil dann 16.000 € kosten; siehe z.B. [[http://e-go-mobile.com/de/modelle/e.go-life/|E-Go]].  +Der E-PKW darf für den gleichen Kosten-Anteil, mit doppelt so großem Akku von 8 kWh, dann 16.000 € kosten; siehe z.B. [[https://e-go-mobile.com/ueber-e-go/|E-Go]]. Ob ein PKW mit nur 100 km Reichweite reale Marktchancen hätte, wird hier nicht betrachtet.  
  
 ==== Zyklenzahl ==== ==== Zyklenzahl ====
-Setzt man eine [[Zyklenzahl]] von 500 an (siehe dort), dann kommt man für das Pedelec auf 500 x 25 = 12.500 km für die 112 € - also etwa 0,9 ct/km. \\  +Setzt man eine [[metacell:ecosystem:Zyklenzahl]] von 500 an (siehe dort), dann kommt man für das Pedelec auf 500 x 25 = 12.500 km für die 112 € - also etwa 0,9 ct/km. \\  
-Beim S-Pedelec sind es 500 x 40 = 20.000 km, somit bei 3-fach größerem Akku: 1,68 ct/km \\ +Beim S-Pedelec sind es 500 x 35 = 17.500 km, somit bei 3-fach größerem Akku: 1,92 ct/km \\ 
-Die Kosten steigen nicht im gleichen Maße (quadratisch) wie der Luftwiderstand, da man mit der höheren Geschwindigkeit in der gleichen Zeit auch weiter fahren kann. +Die Kosten steigen nicht im gleichen Maße (hoch 3) wie der Luftwiderstand, da man mit der höheren Geschwindigkeit in der gleichen Zeit auch weiter fahren kann. 
  
-Unser Commuter-Bike fährt mit seinem Akku bei o.g. Geschwindigkeit dann 500 x 100 = 50.000 km, das ergibt bei 2.680 € genau 5,36 ct/km. \\ Der E-PKW braucht die doppelte Energie, für die gleiche Strecke und gleiche Geschwindigkeit: 10,7 Cent pro km+Unser Commuter-Bike fährt mit seinem Akku dann 500 x 100 = 50.000 km weit, das ergibt bei 2.680 € genau 5,36 ct/km. \\ Der E-PKW braucht die doppelte Energie für die gleiche Strecke und gleiche Geschwindigkeit: 10,7 Cent pro km - vor allem wegen der größeren Stirnfläche. 
  
 Dies sind die reinen Batterie-Kosten - ohne Wertverlust des Fahrzeugs, Wartung, Entsorgung, Verbrauchsmittel (Reifen etc.) oder Steuern - und ohne Strom.  Dies sind die reinen Batterie-Kosten - ohne Wertverlust des Fahrzeugs, Wartung, Entsorgung, Verbrauchsmittel (Reifen etc.) oder Steuern - und ohne Strom. 
 +
 +Unabhängig von der Nutzung - ob im Fahrzeug, Rasenmäher oder Solarzellen-Puffer - kostet eine gespeicherte Kilowattstunde, mit LG Markenzellen INR21700 (4,85 Ah bei 2,80€ netto, Stand April 2021) bei 800 Zyklen, etwa 20 €-Cent -  nur an den Zellen, ohne Gehäuse, Schutzschaltung, Gewährleistung, Steuer etc. 
  
 === Tesla === === Tesla ===
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 Ein E-PKW im mittleren PKW-Preissegment wäre mit einer solchen Reichweite nur machbar, wenn die Zellen-Preise deutlich sinken. Diese Annahme erscheint - nach 25 Jahren [[wpde>Lithium-Ionen-Akkumulator#Geschichte|Entwicklung]] und einer Reihe finanzstarker Hersteller - recht optimistisch.  Ein E-PKW im mittleren PKW-Preissegment wäre mit einer solchen Reichweite nur machbar, wenn die Zellen-Preise deutlich sinken. Diese Annahme erscheint - nach 25 Jahren [[wpde>Lithium-Ionen-Akkumulator#Geschichte|Entwicklung]] und einer Reihe finanzstarker Hersteller - recht optimistisch. 
  
 +=== Preis-Visionen ===
 +Eine zeitlang spekulierten neben Tesla auch andere PKW-Newcomer wie [[wpde>e.GO Life|e-Go]] auf schnell sinkende Preise für Li-Batterien. Immer wieder sagten (Wirtschafts-) Experten wie [[wpde>PricewaterhouseCoopers|PWC]] ein Absinken auf 100$/kWh für die (jeweils) nahe Zukunft voraus. Dies wurde konkret von Tesla's Musk über seine 'Megafactory' angestrebt. 
 +Tatsächlich realisierte sich keine dieser Prophezeiungen, und spätestens mit der [[wp>2021–2023 global supply chain crisis|Lieferketten-Krise]] 2021 stiegen Preise für Lithium und Metalle wie Kobalt und Nickel und damit für Li-Batterien stetig an ([[https://www.carexpert.com.au/car-news/ev-battery-prices-increased-this-year-for-the-first-time|car-expert.com 12.2022]]). 
 +
 +Auch die Vision stetig zunehmender Einsparungen bei der Herstellung  - wie bei Halbleiter-Produkten, etwa Smartphones - erwies sich als Trugschluss. In Folge erhöhte auch Tesla die Preise, besonders bei Modellen mit größeren Batterien, und auch neue Modelle von VW, BMW oder Japanern bleiben -Stand 2023- deutlich teurer als die (Klassen-) vergleichbaren Verbrenner der jeweiligen Hersteller. 
 ==== Folgerung ==== ==== Folgerung ====
 Die Lebendauer von Lithium-Batterien stellt einen wesentlichen Faktor in der Wirtschaftlichkeit von Elektro-Fahrzeugen dar.  Die Lebendauer von Lithium-Batterien stellt einen wesentlichen Faktor in der Wirtschaftlichkeit von Elektro-Fahrzeugen dar. 
 \\ Mit steigender Größe und Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird die Batterie zu einem größeren Kostenfaktor.  \\ Mit steigender Größe und Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird die Batterie zu einem größeren Kostenfaktor. 
-\\ //MetaCell// gibt dem Fahrer eines E-Fahrzeugs ein Produkt in die Hand, mit dem er diese Kosten senken kann. + 
 +//MetaCell// verfolgt in diesem Kontext den Ansatz, a) die Batteriekosten dem Betreiber transparent zu machen und b) Informationen und Technik zu liefern, die ihm helfen, die Kosten zu senken. 
  
  
  

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