Hallo Jo, vielen Dank für Deine sachliche und ausführliche Antwort!
Mein ursprünglicher Wunsch war, zu erfahren, wie man die Leistung berechnet, die zu einer Erwärmung des Akkus während des Betriebs führt.
Was du hier ansprichst sind die Berichte über brennende,
superheiße oder gar explodierende Akkus und die Frage, warum
das passiert und weshalb man die wohl mit Wasser kühlen muss.
Bei Leistungs-Peaks kommt es tatsächlich temporär zu einer
kurzfristigen stärkeren Erwärmung. Jeder, der sich schon mal
den Spaß gemacht hat, einen alten Handyakku schnell zu
entladen oder gar kurzzuschließen (Achtung! gefährlich und
eigentlich dumm 
) weiß, was ich meine. In Bruchteilen von
Sekunden kann sich der Akku an den Kontaktstellen stark
erhitzen (Verbrennungs- und Explosionsgefahr!).
Vergessen wir mal superschnelle Rennwagen mit flüssigkeitgekühlten Akkus. Vergessen wir mal Leistungs- Peaks, explodierende Handyakkus usw.
Wir halten fest: nicht der Akku wird warm, sondern
neuralgische Punkte des Akkus.
Die Wärme entsteht dortschneller, als sie weitergeleitet werdenkann. Der Grad der
Erwärmung insgesamt richtet sich nach der spezifischen
Wärmekapazität seines Inhaltes und der Verlustenergie, die zur
Erwärmung führt.
So… warum ist all das wohl so?
Das liegt zum einen daran, dass die Wärmeenergie nicht so
schnell innerhalb des Akkus weitergeleitet werden kann, und
zweitens an der schon erwähnten hohen spezifischen
Wärmekapazität von Wasser die man sich hier (wie im
Verbrennungsmotor auch) zunutze macht, welches die
überschüssige Wärme dieser kurzfristigen Leistungspeaks (die
durch korrekte Auslegung ohnehin recht gering gehalten werden)
abfängt und verteilt.
Nun darf man aber getrost davon ausgehen, dass die maximalen
Entladeströme weit, weiiiiiiiit entfernt dieser Leistunspeaks
der Akkus liegen, die sie zur Überhitzung oder gar Explosion
bringen. Das Wasser sorgt somit tatsächlich vorwiegend für
eine ausgeglichene ideale Betriebstemperatur und wirkt
sekundär als Sicherheitsvorrichtung.
Hitzeprobleme dürften bspw. mit einem Tesla allenfalls
auftreten, wenn ihn Walter Röhrl den Pikes Peak hochjagt wie
einst bei der Rekordfahrt des Audi Urquattro. Aber bei dieser
Disziplin bringt dieser gnädige Herr vermutlich fast jede
Serienzylinderkopfdichtung eines Verbrennungsmotors zum
Platzen, von daher ist der Vergleich irrelevant.
Ein permanenter extremer Hitzestau wie du ihn bei
Elektrofahrzeugen vermutest ist also durch korrekte Auslegung
an die Fahrzeugspezifikation und begrenzte
Höchstgeschwindigkeiten bei Elektrofahrzeugen ohne änderbare
Übersetzung (üblich) nicht nur unüblich sondern eher
unwahrscheinlich bis unmöglich. Eine Hitzebedingte Reduktion
des Wirkungsgrades wie du ihn propagierst tritt somit auch bei
Ampelsprints nur in geringem Maße ein.
Aber es sei dir der Umstand zugestanden, dass der Wirkungsgrad
bei einer theoretischen PikesPeak Bergrennjagd -und anders
wird’s da schon wirklich schwer das zu erreichen- eines
Elektrofahrzeuges ebeonso sinkt wie der eines
Verbrenner-Fahrzeugs. Und dann wird der Akku nun mal ein wenig
wärmer -genau wie der Kühler eines Sportwagens dann viiiiel
mehr Wärmeenergie verheizt. Aber um das zu wissen hätten wir
die Kalkulationen nicht gebraucht.
Und bei dem Vergleich von Fahrzeugen bei Leistungspeaks
schneiden Elektrofahrzeuge nach wie vor in der Effizienzbilanz
besser ab als die Verbrennerkollegen.
Für den üblichen Fahrbetrieb, für den ein Fahrzeug ausgelegt
wird (und beim Tesla kann von Sportambitionen ausgegangen
werden), wird der Wirkungsgrad und somit die Effizienz eines
Elektrofahrzeuges wohl nie von einem Verbrenner -gleich
welcher Art- auch nur annähernd erreicht werden.
Der Grund, warum es nicht schon mehr Elektro-Golfs gibt ist
nicht deren mangelnde Effizienz, sondern der vermutliche
derzeitige zu hohe Einstiegspreis. Bei Sportwagen wie dem
Tesla sieht sowas nun mal anders aus. Da sind freche Preise
nicht so verpönt. Aber das ändert sich auch noch.
Und all das kann man schon an den vergleichsweise altmodischen
und weniger effizienten VW Golf III CityStromern sehen, die
sich immer noch großer Beliebtheit erfreuen, auch wenn sie
öfters mal neue Bleiakkus brauchen und noch heute sauteuer
gehandelt werden. Die Leute würden mit den Dingern nicht bis
heute rumheizen, wenn sie nicht wesentlich effizienter wären.
Und man merke: das waren Bleiakku-Autos aus den 90ern!
Es ist allllles richtig und Walter Röhrl fährt ggf. alles was Räder hat, bis es sich von selbst auflöst.
Wir alle wissen, dass die Akkus komplexe Gebilde sind, von denen wir aber nicht genau wissen, wie und wo im Inneren sich die Wärme mehr oder weniger ungleichmäßig entwickelt, wie sie, abhängig vom Aufbau, abhängig von Masse, Material und Volumen die Wärme an die Oberfläche weiterleiten und wie sie über ein Kühlsystem –mit oder ohne Flüssigkeit- dann die Wärme irgendwann an die umgebende Luft weitergeben. Wir Wissen, dass der Akku ein Temperaturgefälle hat, wobei die höchste Temperatur am Entstehungsort irgendwo in Inneren liegt und die niedrigste an der Oberfläche. Wir wissen auch, dass sich ein Temperatur-Gleichgewichtszustand einstellt, wenn nach längerer gleichmäßiger Belastung das System eingeschwungen hat. Wenn wir das alles und noch mehr genau wissen wollten, müssten wir in der Akku-Forschung / -Entwicklung unser Geld verdienen.
Das Alles hat mich aber nicht interessiert und ich muss deshalb nicht als Nanopartikel durch die Akku-Engeweide kriechen, um diese Einzelheiten mitzukriegen,
Ich betrachte den Akku als Energiespeicher mit 2 Anschlüssen. Sein Aufladewirkungsgrad von ca. 90% interessiert mich auch nicht. Mein Akku stellt mir einen bestimmten, kleinen Teil seiner im Überfluss vorhandenen Energie zur Verfügung.
Welche Daten stehen mir zur Verfügung, damit ich zu einem Ergebnis komme?
>> Jede Menge Energie im Akku E in kWh
>> die Klemmenspannung U in V
>> der Strom, der aus dem Akku in den Motor fliest I in A (Regelwerk vernachlässigen))
>> die konstante Leistung in P in kW
>> die dem Akku entnommene Energie in kWh
>> die Fahrtdauer von 1 Stunde mit konstanter Leistung
U, I, P kann ich während der Fahrt messen.
Der Einfachheit halber wird die Klemmenspannung des Akkus als konstant angenommen, was wegen seiner großen Reserven erlaubt ist.
Zusammengefasst:
E(akku) = beliebig viel kWh
U(akku) = 400 V konstant
I(akku-entladung) = konstant
P(akku-entladung) = 10 kW konstant
E(akku-entladung) = P(akku-entladung) x 1h = 10 kWh
t = 1h
Nun die Frage meiner Fragen, wobei mich die Temperaturerhöhung nicht interessiert:
Welche Leistung (kW), welche Energie (kWh) wirkt wärmeproduzierend an meinem Akku?
Viele Grüße und ein schönes, regenfreies Wochenende
wünscht der umweltzwerg
Gruß, Jo
