Priusfreunde.de

fritzr schrieb:
Da unter diesen Bedingungen (MG2-Drehzahl fix) PSD bedingt ICE-Drehzahl und MG1-Drehzahl proportional sind, ist auch ihre Leistung einander proportional.Hmm, ich denke, sie sind nicht proportional zueinander. Beispiele aus dem Simulator:

MG2 = 2015/min, ICE = 1598/min, MG1 = 513/min

Verdoppelt man nun die Drehzahl des ICE und läßt MG2 gleich, dann ergibt sich:

MG2 = 2015/min, ICE = 3196/min, MG1 = 6265/min

Die Drehzahl von MG1 hat sich also auf mehr als das 12-fache erhöht statt nur verdoppelt. Im ersten Fall muss MG1 eine mechanische Leistung von (513/1598)*28% = 9% der ICE-Leistung aufnehmen und in Strom umwandeln. Im zweiten Fall muss MG1 (6265/3196)*28% = 54,9% der ICE-Leistung aufnehmen.

Mich überrachend die Zahlen selber. Falls da jemand einen Fehler findet: Nur zu! Wenn da ein Fehler drinsteckt, dann bei den konstanten 28% - kann das nochmal jemand prüfen? Ich habe mal nach Extremfällen gesucht, um die Plausibilität zu prüfen. Mir erscheint es plausibel:

Extremfall 1:

MG2 = -617/min (16 km/h rückwärts), ICE = 1304/min (weil z. B. Akku leer), MG1 = 6301/min
Dabei muss MG1 eine Leistung von (6301/1304)*28% = 135% der ICE-Leistung aufnehmen. Huh? Über 100% Prozent? Ja, weil der rückwärts drehende MG2 die Drehzahl von MG1 erhöht. MG2 treibt also das Auto rückwärts an (mit Strom aus MG1) und überträgt gleichzeitig Leistung auf MG1. MG1 muss die gesamte ICE-Leistung aufnehmen (100%), was Sinn macht, wir fahren ja rückwärts, und außerdem von MG2 noch eine Leistung die so hoch ist wie 35% der ICE-Leistung (aber nicht vom ICE kommt, sonder von MG2). Wenn man sich die absoluten Leistungen anschaut, dann relativiert sich das alles: Bei 1304/min wir der ICE ca. 10 kW bringen. Also muss MG1 nur 10 kW + 3,5 kW aufnehmen.

Extremfall 2:

ICE = 5000/min (P2, Simulator läßt maximal 4500/min zu, da vom P1), MG1 = 10000/min
MG1 Leistung: (10000/5000)*28% = 56% der ICE-Leistung. ICE vom P2 hat 57 kW, also muss MG1 31,9 kW aufnehmen. MG1 ist von Toyota mit 33 kW angegeben.

proprius schrieb:
fritzr schrieb:
Da unter diesen Bedingungen (MG2-Drehzahl fix) PSD bedingt ICE-Drehzahl und MG1-Drehzahl proportional sind, ist auch ihre Leistung einander proportional.Hmm, ich denke, sie sind nicht proportional zueinander.Danke für den Hinweis. Da war ich ungenau: Nicht die Drehzahlen sind zueinander proportional sondern die Drehzahlveränderungen delta_n. Es gilt delta_n_ICE = delta_n_MG1 x const.

Damit ist der Effekt einer Erhöhung der ICE Drehzahl auf die Vergrößerung der Verlustleistung des elektrischen Pfades unter Umständen noch viel größer, wie dein Beispiel ja zeigt: Verdoppelung der Drehzahl führt zu Verzwölffachung der Verlustleistung. Stützt ja die Hysteresetheorie.

Für ökonomisches Fahren also immer mal wieder runter vom Gas und den "Arbeitspunkt" neu einstellen. Es stellt sich die Frage wann, mit welchen Effekten und welchen Einsparungen genau.

Deine Extremfälle erscheinen auch mir plausibel.

Was ist der Sinn der Überlegungen? Spaß an der Technik

Bin heute einfach mal nach Gefühl gefahren und habe meinen persönlichen Rekordverbrauch aufgestellt: 4,3 L/100km nach BC über knapp 200 Kilometer Autobahn. War aber sehr langsam unterwegs.

Fahrtechnik: Musik hören und rechts mit dem (etwas zähen) Verkehr fließen

P.S. Die Musikanlage saugt ca. 1 Ampere extra aus der Batterie. Aber der Mehrverbrauch dadurch wurde vom entspannten Fahrer kompensiert

Ich war nicht untätig in den letzten Wochen. Ich habe mit Octave (ein Matlab-Clone mit kompatibler Sprache) einige Berechnungen gemacht und einige Diagramme erstellt. Ich wollte folgendes herausfinden:

1. Wie hoch sind die Verluste über den elektrischen Pfad im Vergleich zur Gesamtleistung?
2. Wann sind die Verluste minimal
3. Kann es passieren, dass die Verluste bei einer Drehzahlerhöhung so stark steigen, dass sie die Mehrleistung der höheren Drehzahl aufzehren?

Um die Sache handhabbar zu machen, habe ich einige Annahmen und Vereinfachungen gemacht:

• Batteriestrom ist Null
• Effizienz des elektrischen Pfades MG1<->Inverter<->MG2 als konstant 80% angenommen
• Roll- und Luftwiderstand habe ich aus dem Wirkungsgradrechner von Priusfreund Haribo übernommen. Es werden die Standardwerte verwendet. Je nach Situation können sich in der Praxis natürlich andere Roll- und Luftwiderstände ergeben.
• Mechanische Getriebeverluste sind nicht berücksichtigt
• Für die Effizienz des Verbrenners wurden die bekannten BSFC-Diagramme genommen. Genauer gesagt das aus dem Toyota-Papier SAE 2004-01-0064, "Development of New-Generation Hybrid System THS II - Drastic Improvement of Power Performance and Fuel Economy," (siehe priuschat.com/threads/bsfc-challenge.55947/ ).
• Es wird angenommen, dass der "basic operating line" in dem BSFC-Diagramm gefolgt wird. In der Praxis stimmt das nicht immer, siehe Fig. 22 im Link oben
• Es wird von voll aufgewärmten Verbrenner ausgegangen
• Es wird von Verbrenner-Drehzahlen >= 1200/min und einer Verbrenner-Leistung > 9,4 kW ausgegangen
• Das BSFC-Diagramm geht nur bis 4500/min. Ich habe für 5000/min einen Drehmomentwert errechnet, so dass man auf 57 kW kommt. Die Verbrenner-Effizienz bei 5000/min habe ich geschätzt.

Ein paar Erläuterungen zu den Diagrammen:

• Alles bezogen auf den Prius 2
• Die Geschwindigkeit entspricht der Tachogeschwindigkeit, die ich als echte Geschwindigkeit + 7,5% angenommen habe
• "Constant Speed" zeigt welche Drehzahl in der Ebene, ohne Wind (aber mit Roll- und Luftwiderstand) notwendig ist um die Geschwindigkeit zu halten. Alles oberhalb der Kurve ist Beschleunigung (oder bergauf) und alles unterhalb ist Verzögerung (oder bergab).
• Die beiden Linien MG1 0 RPM und MG1 800 RPM zeigen wann die Drehzahl von MG1 0 bzw 800/min ist. 0/min ist das theoretische Minimum für die Leistung über den elektrischen Pfad. Da in der Praxis jedoch auch bei 0/min elektrische Leistung notwendig ist um ein Drehmoment aufzubringen liegt das praktische Minimum möglicherweise eher bei 800/min. Meine sehr begrenzten Praxiserfahrungen zeigen bei dieser MG1-Drehzahl ein Minimum für das absolute MG2-Drehmoment. Hier sind Erfahrungen von anderen willkommen. Gesucht ist die Drehzahl bei der der Stromfluss von und zu MG1 minimal ist, MG1 aber durch das Mitschleppen noch ein Drehmoment aufbringen kann, an dem sich der ICE "abstützen" kann.
• Weiße Bereiche oben links und unten rechts sind unmögliche Kombinationen, da MG1 sonst überdrehen würde.
• Ich habe die Diagramme in Englisch beschriftet, da sie möglicherweise auch Priusfahrer außerhalb des deutschsprachigen Raums interessieren.

Diagramm "Efficiency map" zeigt wie die Effizienz gegenüber dem effizientesten Punkt abnimmt. 100 = keine elektrischen Verluste und Verbrenner läuft mit maximalem Wirkungsgrad. 90 würde z. B. bedeuten, dass die Umsetzung von Kraftstoff in Leistung am PSD-Ausgang 10% weniger effizient abläuft, als am besten Punkt. Das kann entweder durch einen geringeren Verbrenner-Wirkungsgrad, einen höheren Verlust über den elektrischen Pfad oder beides zusammen bedingt sein. Man sieht, dass die Effizienz (nicht zu verwechseln mit dem Verbrauch) im Bereich zwischen 85 km/h bei 2000-2200/min und 165 km/h bei 3900-4100/min am höchsten ist. Bei diesen Kombinationen aus Geschwindigkeit und Drehzahl ist jedoch in der Ebene eine Beschleunigung die Folge. Möchte man nicht beschleunigen kann man nur durch Pulse-and-Glide oder bergauf in diese Bereiche kommen.


Diagramm "Fuel consumption" zeigt den Verbrauch bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Drehzahlen. Bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten (< 10 km/h) geht der Verbrauch über 30 l/100 km, da hier von einer minimalen Leistung von 9,4 kW ausgegangen wird, was bei der Geschwindigkeit einer Beschleunigung oder Bergauffahrt entspricht. Normalerweise würde der Prius in dem Bereich elektrisch fahren oder den Verbrenner mit reduziertem Drehmoment laufen lassen, was hier aber nicht simuliert wird. Die minimale konstante Geschwindigkeit mit 9,4 kW ist ca. 88 km/h. Je weiter die Geschwindigkeit erhöht wird (bis ca. 170 km/h), um so effizienter werden Verbrenner und elektronisches CVT (siehe 1. Diagramm), der Verbrauch steigt trotzdem, da der Luftwiderstand noch stärker zunimmt.


Diagramm "Power surplus" zeigt welche Leistung zum Beschleunigen übrig bleibt. Dazu wird die Leistung am PSD-Ausgang genommen und davon die Leistung abgezogen, die für eine konstante Geschwindigkeit in der Ebene notwendig ist. Man sieht, dass für eine gegebene Geschwindigkeit der Leistungsüberschuss bei steigender Verbrennerleistung (= Drehzahl) immer steigt. Auch umgekehrt sinkt immer bei gegebener Verbrennerleistung der Leistungsüberschuss mit steigender Geschwindigkeit (kleine, nicht praxisrelevante Ausnahme bei < 20 km/h). Punkt 3 von der Liste oben tritt unter den hier angenommenen Bedingungen also nicht auf. In der Praxis könnte es evtl. trotzdem vorkommen, dass bei leicht niedrigeren Verbrennerdrehzahlen gleiche oder mehr Leistung zur Verfügung steht. Das hängt dann aber an Faktoren, die hier nicht berücksichtigt werden (z. B. Drehmoment abweichend von "basic operating line", Hysterese in der Steuerung, etc.)


Diagram "ICE Torque und Power" zeigt von welchem Drehmoment und von welcher Leistung die Simulation in Abhängigkeit von der Drehzahl ausgeht.


Hier noch die X-Gauges für den P2 für ScanGauge, damit man das ganze selber in der Praxis beobachten kann. Relevant sind MG1 Drehzahl, MG2 Drehmoment, Verbrenner-Drehzahl und Batteriestrom. Für P3 und andere und für Torque gibt es in den bekannten Tabellen auch Einstellungen:
X-Gauge Drehzahl MG1
X-Gauge Drehmoment MG1 & MG2

Anbei auch das Octave/Matlab-Script (von .txt und .m umbennenen). Es ist mein Erstlingswerk in Octave/Matlab, habt Nachsicht, Verbesserungen willkommen.


So, jetzt könnte Ihr mir sagen, ob das für euch auch alles Sinn macht oder ob ich da einen totalen Blödsinn gerechnet habe

Bravo, saubere Arbeit!
Sehr schön ist, dass du auch deine Annahmen mit Quellen genau angegeben hast.

Damit erscheint meine These der Drehzahlhysterese mit selber Antriebsleistung widerlegt.

Ich hatte auch schon eine Rechnung basierend auf dem Nomographen in Excel gemacht. Da kam ich zu dem Ergebnis, dass bei konstanten mittleren und hohen Geschwindigkeiten mit wenig Last (Ebene) die MG1 Drehzahl so niedrig bzw. negativ (heretical mode) bleibt, dass die evtl. Erhöhung der Verlustleistung bei ansteigender ICE-Drehzahl nicht substantiell wird. Ich stell´s mal rein beizeiten.

Wie sieht´s denn aus, wenn du den Wirkungsgrad des elektr. Pfades <80% ansetzt?

fritzr schrieb:
Bravo, saubere Arbeit!
Sehr schön ist, dass du auch deine Annahmen mit Quellen genau angegeben hast.Danke, danke, die Quellenliste im Skript hast Du gesehen?
Damit erscheint meine These der Drehzahlhysterese mit selber Antriebsleistung widerlegt.In der vereinfachten Theorie wie oben verwendet ja, in der Praxis kann es durchaus Hysterese geben. So ist auch der Wirkungsgrad des elektrischen Pfades nicht konstant 80%, siehe die Wirkungsgrad-Karten von MG2 und Inverter in den Oak Ridge Papers.
Ich hatte auch schon eine Rechnung basierend auf dem Nomographen in Excel gemacht. Da kam ich zu dem Ergebnis, dass bei konstanten mittleren und hohen Geschwindigkeiten mit wenig Last (Ebene) die MG1 Drehzahl so niedrig bzw. negativ (heretical mode) bleibt, dass die evtl. Erhöhung der Verlustleistung bei ansteigender ICE-Drehzahl nicht substantiell wird. Ich stell´s mal rein beizeiten.Das ist der Bereich unterhalb der "MG1 0 rpm"-Linie. Jede Erhöhung der Leistung in diesem Bereich verbessert die Effizienz. Erst überhalb der "MG1 0 rpm"-Linie sinkt die Effizienz mit der Leistung wieder.
Wie sieht´s denn aus, wenn du den Wirkungsgrad des elektr. Pfades <80% ansetzt?Ich habe es mal mit 50% und 10% gerechnet: Es bleibt dabei, dass eine Erhöhung der ICE-Drehzahl bei einer gegebenen Geschwindigkeit auch die Ausgangsleistung am PSD erhöht. Nur horizontal gibt es dann den Effekt, dass bei gegebener ICE-Drehzahl der Leistungüberschuss bei mittleren Geschwindigkeiten höher ist als bei niedrigen oder hohen Geschwindigkeiten. Bei 80% Wirkungsgrad ist dieser Effekt aber nur unter 20 km/h zu sehen und auch dort fast gar nicht.

@proprius
tolle Arbeit, danke.

Kann man sie verallgemeinern hinsichtlich Akkubenutzung da die Lastpunktverschiebung als der grosse Wirkungsgradverbesserer beim HSD diskutiert wird?

Gruss alupo

alupo schrieb:
Kann man sie verallgemeinern hinsichtlich Akkubenutzung da die Lastpunktverschiebung als der grosse Wirkungsgradverbesserer beim HSD diskutiert wird?Ja, ich habe schon eine Idee dazu: Man könnte es als verlängerten elektrischen Pfad betrachten: MG1/2->Inverter->Akku->Inverter->MG1/2

Für den Akku habe ich mal nach dem Wirkungsgrad geschaut und ich würde von 90% (nur für den Akku) ausgehen. Falls jemand bessere Zahlen hat: Nur zu. Das würde mit angenommenen Wirkungsgraden von MG1/2 = 91% und Inverter = 97% insgesamt 0,91*0,97*0,9*0,97*0,91 ~ 70% ergeben. Daß der Akku die Energie erst zeitverzögert wieder abgibt, ist für die Energiebilanz ja egal.

In der "Efficiency map" oben findet man kaum ein Bereich unter 70%. Das würde doch bedeuten, dass sich der Akkueinsatz (bei > 9,4 kW ICE-Leistung) nie lohnen würde. Selbst wenn der Strom mit bester Effizienz erzeugt wurde, wäre es immer noch effizienter per ICE zu fahren. Per Rekuperation erzeugten Strom ausgenommen, aber Dir ging es ja um Lastpunktverschiebung.

Anders sieht es evtl. im Bereich unter 9,4 kW aus. Mal schauen ob ich den irgendwann, irgendwie simuliert bekomme.

Mir schwebt noch eine Pulse-and-Glide-Simulation vor: Auf der X-Achse die mittlere Geschwindigkeit, auf der Y-Achse der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Pulse und Glide und als Farbe/Kontur der Verbauch. Da könnte man dann auch unterschiedliche Drehzahlen beim Pulse und Akku-Einsatz beim Glide simulieren.

Es gibt bessere Akkufachleute als ich, aber ich bin bei NiMH-Akkus bisher eher von nur 80% ausgegangen. Da sind LiIon besser. Ich hoffe dass sich hierzu noch jemand zu Wort meldet.

Gruss alupo

alupo schrieb:
ich bin bei NiMH-Akkus bisher eher von nur 80% ausgegangen. Da sind LiIon besser.Du hast recht, die 90% waren LiIon. Hier hat ein Student den P2-Akku vermessen und kam bei niedrigen Strömen (ca. 5-10A ?) bei fast vollständiger Lade-/Entladung auf einen Wh-Wirkungsgrad von 83%. Bei höheren Strömen wird es weniger sein. Dafür nutzt der Prius ein kleineres Ladefenster. Wie sich das wohl auf den Wirkungsgrad auswirkt?

www.fb06.fh-muenchen.de/fb/images/img_upld/arbeiten/01334.pdf (Seite 57 im PDF).

Eine schöne Arbeit.

Spontan fällt mir folgendes ein:
- Die laut Wirkungsgradrechner benötigten Leistungen dürften aus Sicht des Verbrenners zu gering sein. Der Rechner berücksichtigt ja den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs nicht. Dieser Wirkungsgrad (mechanisches Getriebe + Achsantrieb) dürfte bei modernen Fahrzeugen bei knapp über 90% liegen.
- Die Stirnfläche des P2 dürfte etwa 2,23m² betragen

Ich könnte mir folgendes vorstellen:
- Die Verluste des Vorgeleges könnten direkt vor dem Getriebsausgang berücksichtigt werden (z.B. linear mit der Fahrgeschwindigkeit: 0W bei 0 km/h, 1500W bei 160hm/h)
- Der Wirkungsgrad vom Getriebeausgang zum Rad könnte mit 96% berücksichtigt werden (incl. sonstige mech. Verluste im Getriebe und Achsantrieb)
- Der Wirkungsgrad von Leistungselektronik und E-Maschine könnte z.B. drehzahlabhängig angegeben werden (z.B.: 77% bei 500/min, 84% bei 1000/min, 88% bei 1500/min, ... siehe ORNL Untersuchung, für 0/min würde ich erstmal 50% annehmen)
- Der Batteriewirkungsgrad ist abhängig vom Strom. Der Innenwiderstand der Batterie dürfte etwa 0,22 Ohm beim P2 betragen. (Ich würde aber vorerst die Batterie nicht berücksichtigen)
- Es könnte auch noch der elektrische 12V Eigenbedarf mit berücksichtigt werden z.b. mit 750W konstant. (Würde ich aber auch erst später machen.)

Die Lastpunktverschiebung dürfte hauptsächlich bei Antriebsleistungen von weniger als 9,4 kW stattfinden, würde ich erstmal nicht berücksichtigen.
Vereinfacht nehme ich zur Lastpunktverschiebung folgendes an:
- Antriebsleistung bis 6kW: Verbrenner ist aus, Leistung kommt aus der Batterie
- Antriebsleistung 6kW bis 9,4kW: Der Verbrenner leistet 9,4kW, der Überschuss geht in die Batterie
(Die Grenze von 6kW schwankt mit dem Füllstand der Batterie.)

Ich habe in den letzen Wochen weiter an den Wirkungsgrad-Berechnungen getüfftelt. Die wichtigsten Änderungen sind:

• Getriebeverluste werden jetzt (fast so) wie von Schnappie vorgeschlagen eingerechnet
• Stirnfläche wie von Schnappie angemerkt von 2,5 auf 2,23 m^2 korrigert
• Eigenstromverbrauch wird mit 500 W angenommen
• Die Wirkungsgrade von MG1, MG2 und Inverter werden in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment bestimmt
• Auf der Y-Achse wird ICE-Leistung statt ICE-Drehzahl dargestellt. Dadurch ist auch der Bereich unter 9,4 kW darstellbar.
• Erweiterung um eine Pulse-and-Glide-Simulation

Für die Wirkungsgrade von MG2 und Inverter gibt es die Messungen von ORNL. Die Messung für MG2 in Formeln umzusetzen hat sich als sehr knifflig herausgestellt. Ich habe noch zahlreiche andere Quellen zu permanenterregten Synchronmaschine (PMSM) angeschaut und dann so lange meine Formeln für den Wirkungsgrad verändert bis das Kennfeld plausibel aussah. Für MG1 habe ich keine detailierte Messung gefunden, aber es aus den verfügbaren Angaben es so gut wie möglich angenähert.

Wenn die Vorzeichen von Drehzahl und Drehmoment gleich sind, dann gehe ich von einen Betrieb als Motor aus, sonst von einem Betrieb als Generator. Im Generatorbetrieb ändert sich das Kennfeld leicht, insbesondere sind keine hohen Drehmomente bei sehr niedrigen Drehzahlen möglich. Hier die Kennfelder:



Damit und mit Getriebeverlust und Eigenstromverbrauch ergeben sich folgende neue Effizienz- und Verbrauchsdiagramme:


Man sieht, dass die beste Effizienz immer noch bei MG1-Drehzahl 0/min liegt, zumindest über 51 km/h. Bei 51 km/h geht die grüne Linie "MG1 0 rpm" senkrecht nach unten, da hier die ICE-Drehzahl konstant 1200/min ist und nur das ICE-Drehmoment abnimmt (es wird immer noch davon ausgegangen, dass der ICE permanent läuft). Bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist die MG1-Drehzahl > 0/min. Die maximale Effizienz beträgt nur noch ca. 92%, bedingt durch Getriebeverlust und Eigenstromverbrauch. Der geringe Wirkungsgrad des elektrischen Pfades bei niedrigen MG1-Drehzahlen hat fast keinen Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad, da bei niedrigen MG1-Drehzahlen auch wenig Leistung über den elektrischen Pfad übertragen wird.

Den letzten Satz muss an in Erinnerung halten, wenn man sich den Wirkungsgrad des elektrischen Pfades anschaut:

Da der beste Wirkungsgrad fast immer im Beschleunigungsbereich liegt, habe ich noch eine Pulse-and-Glide-Simulation geschrieben. Diese berechnet in Abhängigkeit von Durchschnittgeschwindigkeiten, Beschleunigungsstärke (= MG1-Drehzahl) und Geschwindigkeitsfenster (Differenz minimale und maximale Geschwindigkeit) den Verbrauch und den Unterschied zur Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit. Bei dieser Simulation ist der ICE beim Glide natürlich aus. Die Simulation rechnet auch den (sehr geringen) Energieverbrauch zum Starten des ICE mit ein. Ich habe auch simuliert wenn der ICE beim Glide eingeschaltet bleibt und mit Leerlaufdrehzahl mitläuft: Es lohnt sich nicht, daher habe ich das Diagramm dafür nicht mit dabei.




Die Pulse-and-Glide-Simulation zeigt, dass es sich vor allem lohnt, so lange der ICE noch nicht mitgeschleppt werden muss (beim P2 <= 70 km/h). Und es zeigt, dass MG1-Drehzahl 0/min optimal ist. Das habe ich dann auch praktisch getestet: Ich habe probiert die absolute MG1-Drehzahl so gering wie möglich zu halten, wobei ich mit unter 1000/min schon zufrieden war. Bei Geschwindigkeiten unter 50 km/h ist das natürlich meist nicht möglich, wie oben ausgeführt. Darüber ist es so, dass die Beschleunigung mit steigender Geschwindigkeit steigt, man muss immer mehr Gas geben um MG1 bei 0/min zu halten. Das kann man entweder am ScanGauge sehen oder man schaut einfach auf den Momentanverbrauch am MFD: Dieser liegt dann zwischen 6,5 und 8 L/100 km, je nach Geschwindigkeit:

• 6,5 L/100km bei 50 km/h
• 7 L/100km bei 85 km/h
• 7,5 L/100km bei 125 km/h
• 8 L/100km bei 150 km/h

Siehe "MG1 0 rpm"-Linie im Verbrauchsdiagramm oben. Das ist unabhängig davon ob es bergauf oder bergab geht oder eben ist. Und es ist selbstverständlich nur der Wert während der Beschleunigung. Der Schnitt ist geringer.

Man kann das auch ohne Pulse-and-Glide in jede Phase mit erhöhter Leistungsanforderung einbauen (überholen auf der AB, bergauf oder einfach nur beschleunigen), sofern der Verkehr die dadurch vorgegebene Beschleunigung (die hoch oder niedrig sein kann) zulässt.

Vor kurzem konnte ich das bei einer 572 km langen, leicht hügeligen Rundfahrt mit mehreren Zwischenstopps ausprobieren. Ich war auf der Autobahn oft im Bereich 115-125 km/h unterwegs. Durch Baustellen, Geschwindigkeitslimits und ca. 130 km Landstraße und Stadt hatte ich auch langsamere Abschnitte (65 km/h Schnitt, 149 km/h Vmax). Das Ergebnis bei trockenen 12-20°C und mit Winterreifen: 4,5 L/100 km (BC).

Da eine einzelne Fahrt wenig aussagt würde ich mich freuen, wenn andere P2-Fahrer das ebenfalls ausprobieren (bei anderen HSD wird es nicht viel anders sein) und von ihren Erfahrungen berichten. Dabei natürlich bitte berücksichtigen, dass es wärmer wird und ihr evtl. gerade auf Sommerreifen gewechselt habt.

Ach so, hier noch das aktuelle Octave/Matlab-Script:

Hallo proprius,

Wow, Danke für die Mühe mit den Simulationen.

Ich habe mir die Diagramme mal kurz angeschaut und mit meinen Erfahrungen verglichen. Und das passt ziemlich gut.

Der Eigenverbrauch (=Ruheverbrauch) ist - denke ich - allerdings etwas zu hoch, der liegt eher bei 200 Watt, maximal 300 Watt. Oder meinst Du damit Verluste irgendeiner Art in der Leistungselektronik?

Grüße, Santosha

santosha schrieb:
Der Eigenverbrauch (=Ruheverbrauch) ist - denke ich - allerdings etwas zu hoch, der liegt eher bei 200 Watt, maximal 300 Watt. Oder meinst Du damit Verluste irgendeiner Art in der Leistungselektronik?Ich vermute, dass während der Fahrt mehr Strom verbraucht wird als die 200 Watt, die im Stand am Scangauge mit BTA ablesbar sind. Schnappie hat ja 750 W vorgeschlagen. Wenn man gleitet und das Drehmoment von MG2 auf 0 bringt, dann fließen noch etwa 4-5 A aus der Batterie, also ca. 800-1000 W. Ich hatte auch mal mit 1000 W gerechnet, da war der Verbrauch aber unrealistisch erhöht. Die 500 W habe ich dann als Kompromiss genommen. Hier hat jemand mal 220 W für den P3 geschätzt (Fahrlicht aus).

Sind natürlich alles nur Schätzungen und mir geht es bei den Diagrammen auch weniger um die absoluten Zahlen, sondern darum zu erkennen, wo günstige Bereiche sind.

alupo schrieb im Thread 3,8 Liter/100km, d.h. besser als der Normverbrauch:
proprius schrieb:
Am effizientesten ist der Antrieb bei 175 km/h Das fällt mir nun etwas schwer zu glauben, dass der ICE erst bei so einer hohen Geschwindigkeit (in der Nähe seiner maximalen Leistung) am effiziientesten sein soll. Toyota selbst hat ja die Muscheldiagramme für P2 & P3 veröffentlicht und daraus ist ersichtlich dass bei beiden Motoren der beste thermodynamische Wirkungsgrad (Sweet Spot, knapp 40% beim P3) bei etwas über 20kW erzielt wird. Und mit z.B. 22 kW kann auch ein Prius 3 mit einem cw-Wert von nur 0,25 und einer Stirnfläche von ca. 2,25 m2 keine Tacho 175kmh erreichen, oder?Was Du schreibst ist vollkommen richtig. Ich habe jedoch auch recht . Mit "Effizienz des Antriebs" meine ich nicht nur den ICE sondern auch das Getriebe und alle anderen Komponenten zwischen Tank und Rädern.

Bei 175 km/h (Tacho) braucht der P2 ca. 42 kW vom ICE. Das sieht man ebenfalls im Effizienz-Diagramm auf der linken Achse. Das entspricht einer ICE-Drehzahl von ca. 4100 1/min. Laut BSFC-Diagramm (Muscheldiagramm) läuft der ICE dabei immer noch mit ca. 233 g/kWh (gegenüber 230 g/kWh im Optimum). Dafür trifft sich bei 175 km/h die Leistungkurve für konstante Geschwindigkeit mit der Linie bei der die Drehzahl von MG1 0 ist. Wenn die Drehzahl von MG1 0 ist, dann ist auch die mechanische Leistung 0 und es geht keine Leistung über den elektrischen Pfad (in der Theorie wie sie in meinem Script herrscht, zur Praxis nachher mehr). Die Gesamte Antriebsleistung vom ICE geht also über den mechanischen Pfad. Die geringfügig schlechtere ICE-Effizienz ist immer noch besser als die Verluste im elektrischen Pfad. Daher ist 175 km/h die effizienteste, konstante Geschwindigkeit wenn man die Umsetzung von Sprit in Leistung an den Rädern betrachtet. Die Erkenntnis hat natürlich eher akademischen Wert, da bei 175 km/h der Luftwiderstand so hoch ist, dass der Verbrauch pro 100 km trotzdem ca. 8 Liter beträgt.

Der Bereich, bei dem keine Leistung über den elektrischen Pfad geht, liegt in der Praxis übrigens nicht genau bei MG1-Drehzahl 0 sondern bei ca. 600-800 1/min (abhängig von der Geschwindigkeit). Ich erkläre mir das erstens durch den Eigenstromverbrauch des Prius und zweitens dadurch, dass es wegen des Innenwiderstand von MG1 auch bei einer Drehzahl von 0 elektrische Energie benötigen würde um ein Haltemoment aufzubringen (MG1 muss einen Teil des Drehmoments von ICE halten). Ich finde die Anzeige des MG2 Drehmoments am Scangauge sehr praktisch, um den Punkt zu finden, an dem die Leistung über den elektrischen Pfad minimal ist. Man versucht einfach auf 0 Nm zu kommen.

Das Effizienz-Diagramm zeigt ja die Effizienz in Prozent im Vergleich zu einem ICE mit 230 g/kWh, einem Getriebe ohne Verluste und ohne Nebenverbraucher. Beim P2 kommt man bestenfalls auf 92 % dieses theoretischen Ideals. Bei alltagstauglicheren Geschwindigkeiten (z. B. 107 km/h = echte 100 km/h) sind es bei konstanter Geschwindigkeit nur noch ca. 70 %.

Bei konstant 100 km/h werden ca. 13 kW vom ICE benötigt. Das MG2 Drehmoment ist ca. -25 Nm (Drehmoment am Scangauge abgelesen, das Script kommt wohl auf einen etwas höheren Wert). Die MG2 Drehzahl ist ca. 3500 1/min. Die mechanische Leistung von MG2 also ca. -9 kW (Drehzahl*Drehmoment/9549,3), er arbeitet als Generator. Die Leistung wird am Ausgang des PSD (an dem MG2 sitzt) abgenommen und elektrisch an MG1 geleitet. Die Effizienz dabei ist ca. 76 % (siehe hier). Es gehen also 9 kW * 24 % = 2,16 kW verloren und am Rad kommen nur ca. 11 kW an.

Hier hat man jetzt Optimierungsspielraum beim Beschleunigen und Bergauf. Gibt man gerade soviel Gas, dass man das Drehmoment von MG2 auf 0 Nm bekommt (ungefährt die grüne "MG1 0 rpm"-Linie im Diagramm). So hat man auch bei 100 km/h eine Effizienz von 90 %. Wenn man das nicht am Berg macht, wird der Prius dabei beschleunigen und man muss immer mehr Gas geben um MG2 auf 0 Nm zu halten. Der Momentanverbrauch ist dann ca. 7-7,5 LHK. Möchte man nicht bis 175 km/h beschleunigen, so muss man irgendwann in den ineffizienteren Bereich zurückkehren oder man läßt den ICE abschalten und gleitet (Pulse and Glide).

Bei Geschwindigkeiten unter 50 km/h funktioniert das übrigens nicht, da der ICE nicht so langsam drehen kann wie nötig wäre um MG1 auf 0 rpm zu bekommen. Dort sieht man, dass zwischen 25 - 50 km/h tatsächlich der "Sweet Spot" bei ca. 20 kW (ICE ca. 2200 1/min) am effizientesten ist.