Wieviel Strom verbrauchen E-Scooter tatsächlich? · 2018. 7. 31. · E-Scooter Tagebuch 'Energie'...

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Ma terials Sci ence & Technolog y Wieviel Strom verbrauchen E-Scooter tatsächlich? Tagebuch Auswertungen (Stand Sommer 2012) Verbrauchsmessung das E-Scooter Tagebuch Rücklauf Datenauswertungen Modellrechnungen und Vergleich Zusammenfassung / Empfehlung [email protected], [email protected]

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Wieviel Strom verbrauchen E-Scooter tatsächlich?

Tagebuch Auswertungen (Stand Sommer 2012)

• Verbrauchsmessung • das E-Scooter Tagebuch • Rücklauf • Datenauswertungen • Modellrechnungen und Vergleich • Zusammenfassung / Empfehlung [email protected], [email protected]

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Verluste beim Lade- und Entladevorgang

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 2

Elektromotor

Netz-

energie

Umrichter Ladegerät Batterie Batterie Steckdose

AC AC DC DC

Effizienz: ca. 70 – 97%

Lade-Effizienz: Blei ca. 70 – 90% Li-Ion: ca. 95-98%

Entlade-Effizienz: Blei ca. 70 – 90% Li-Ion: ca. 95-98%

Effizienz: ca. 70 – 97%

Effizienz: ca. 60 – 96%

Rad-

energie

Energiebedarf ab Steckdose: Ausschlaggebend für Stromrechnung

Verluste beim Laden Energiebedarf ab Batterie:

Ausschlaggebend für Reichweite

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Einfluss der gewählten Technologie

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Netz-energie

9.77 kWh/100km

Batterie-energie

4.69 kWh/100km Ladeverlust

Rad-energie

3 kWh/100km Gesamtverlust

Netz-energie

4.24 kWh/100km

Batterie-energie

3.62 kWh/100km

Rad-energie

3 kWh/100km

Ladeverlust

Gesamtverlust

Reichweite 64km

mit Batterie 3 kWh

Reichweite 83km

mit Batterie 3 kWh

Kosten (0.25 CHF/kWh) und

Reichweite pro Totalladung

bei Batteriekapazität 3 kWh

Kosten CHF 1.56

für 6.25 kWh Strom

Kosten CHF 0.88

für 3.51 kWh Strom

E-Scooter mit einfacher Technologie

Rad-Energiebedarf = 3 kWh/100km Ladegerät η = 80% Bleibatterie η = 60%1) Umrichter η = 80% Motor η = 80% Ladeeffizienz = 48%, Fahrzeugeffizienz = 64% Gesamteffizienz = 31%

E-Scooter mit moderner Technologie

Rad-Energiebedarf = 3 kWh/100km Ladegerät η = 90% Li-Ionenbatterie η = 95% Umrichter η = 92% Motor η = 90% Ladeeffizienz = 86%, Fahrzeugeffizienz = 83% Gesamteffizienz = 71%

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 http://photovoltaics.sandia.gov/docs/PDF/batpapsteve.pdf

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FES Untersuchungsrahmen

Verbrauchserhebung bei den Teilnehmern (e-Scooter Tagebuch): Netz-Bezugsenergie [kWh] / Fahrten [100km] d.h. Verbrauch ist höher, da auch Lade- und Stillstandverluste

mitgerechnet werden

Verbrauchserhebung auf dem Rollenprüfstand: Batterie-Bezugsenergie [kWh] / Norm Fahrten [100km] 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 [100km] d.h. Verbrauch kann den wirklichen Verhältnissen über eine sog.

Validierung angepasst werden

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 4

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Modellrechnungen & Validierung

erstellen eines mathematischen Modells

Identifizieren der Parameter durch wirkliche Fahrten

Abfahren von Rollentests auf dem Computer und Validierung durch Tests

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Empfehlungen in Form US EPA "Energieettikette"

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Das E-Scooter Tagebuch

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das E-Scooter Tagebuch 'Übersicht'

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 8

E-Scooter Tagebuch

Fahrzeug

Marke: Testmarke gemäss FahrzeugausweisModell: Testmodell gemäss Fahrzeugausweis

Kennzeichen: CH 1234 gemäss FahrzeugausweisHalter: Anna Muster gemäss Fahrzeugausweis

Erhebungsperiode 1 [1 bis 4] min. 4 Perioden (siehe 'Hinweise')Begin 1. Februar 2012 [TT.MM.JJJJ] Start dieser ErhebungsperiodeEnde 30. April 2012 [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 VersuchsperiodeDurchschnittsladung 0.9 kWh pro Ladezyklus

Fahrdistanz (gesamt) 142.0 km Summe der eingegebenen FahrstreckenDurchschnittsfahrt 10.1 km

mittlerer Verbrauch (Strom) 6.8 kWh/100kmmittlerer Verbrauch (Benzin) 0.74 l/100km umgerechnet aus Stromverbrauch

weitere Angaben

Fahrzeuggewicht 120.0 kg gemäss Fahrzeugausweisübliche Zuladung 85.0 kg Passagiere und Gepäck

Batterie Kapazität 40.0 Ah gemäss Fahrzeughandbuch (HB)Batterie Spannung 48.0 V gemäss HB

Batterie Typ Li (Blei, Lithium, ...) gemäss HBBenzin äquivalente 0.11 l/kWh

Einsparung 80% Benzin genüber eScooter

Ladegeräte (wird im Arbeitsblatt "Energie/fakultativ" verwendet)

1 Marke / Typ2 falls verwendet3 weitere falls verwendet

Ladeort (wird im Arbeitsblatt "Energie/fakultativ" verwendet)

1 zu Hause2 am Arbeitsort3 öffentlich4 weitere

weitere Angaben (für Spezialisten)

Batterie HerstellerBatterie Bezeichnung

max. Batterie Spannung 58.0 Vmin. Batterie Spannung 46.0 V

max. Entladestrom Amax. Ladestrom A

Zellen 14s1p Anzahl Zellen und AnordnungReifen vorne Marke & Typ, falls bekannt

Reifendruck vorne bar falls bekanntReifen hinten Marke & Typ, falls bekannt

Reifendruck hinten bar falls bekannt

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das E-Scooter Tagebuch 'Energie'

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 9

Marke: Testmarke

Modell: Testmodell

Kennzeichen: CH 1234

erforderlich

Eintrag Datum Bemerkungen

Gesamt 142.0 14 11 9.6 6.8 0.74 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/100km] [l/100km] v.a. für den Energieverbrauch relevante Ereignisse, wie starker Gegenwind, grosses

Gewicht, platter Reifen, ... eingeben

Anfangssaldo 01.01.2012 2'000.0 - 2.0 2.0 Nachladen (Anfangskilometerstand & allfällige Erstladung eintragen)

1 02.01.2012 2'012.0 12.0

2 03.01.2012 2'015.0 3.0 0.4 0.4 2.7 0.29

3 04.01.2012 2'025.0 10.0 0.4 0.4 4.0 0.44

4 05.01.2012 2'036.0 11.0 0.6 0.6 5.5 0.60 schlechte, gebirgige Naturstrasse

5 06.01.2012 2'045.0 9.0 0.3 0.3 3.3 0.37

6 07.01.2012 2'051.0 6.0

7 08.02.2012 2'070.0 19.0 1.5 1.5 6.0 0.66 lange Stillstandszeit > Selbstentladung

8 09.03.2012 2'070.0 - 0.5 0.5 Nachladen lange Stillstandszeit > Selbstentladung

9 10.04.2012 2'070.0 - 0.5 0.5 Nachladen lange Stillstandszeit > Selbstentladung

10 11.04.2012 2'080.0 10.0 viel Schnee

11 12.04.2012 2'089.0 9.0

12 13.04.2012 2'101.0 12.0 156.2 157.9 1.7 5.5 0.60 anderes Energiemessgerät > muss vor & nachher abgelesen werden

13 14.04.2012 2'110.0 9.0 157.9 158.4 0.5 5.6 0.61 viel Zuladung, zu tiefer Reifendruck

14 15.04.2012 2'120.0 10.0

15 16.04.2012 2'129.0 9.0

16 17.04.2012 2'142.0 13.0 1.2 1.2 3.8 0.41

17 -

Distanz [km] Netzenergie [kWh] Verbrauch

In der Zeile 'Gesamt' müssen Sie keine Eintragungen machen. Hier erscheinen errechnete Ergebnisse, die automatisch auf das Bl att'Übersicht' ubertragen 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

Ladung Batteriespannung Betriebszeit

-

Typ Ort vor Laden Nach

Laden

[Ah] vor Laden Nach Laden [h]

fakultativ

Ladeinfrastruktur Batt-Anzeige

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das E-Scooter Tagebuch 'Ereignisse'

Regeln: 4 Erhebungsperioden mit je min. 20 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 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 10

Marke: Testmarke

Modell: Testmodell

Kennzeichen: CH 1234

Ereignis Datum km-Stand Ereignis Kosten Ausfalldauer

# TT.MM.JJJJ [km] [text] [CHF] [Tage]

20.00 1.00

1 02.01.2012 2010 Bremshebel abgebrochen (kippte vom Ständer) 20.00 1.00

2 06.01.2012 2040 Kette 2 x vom Kettenblatt gesprungen

3

4

5

6

7

Total

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.

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Rücklauf

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 11

Marke: io-scooter

Modell: 1500 GT

Kennzeichen: SG 63407

Ort: 1= zu Hause, 2 = am Arbeitsort, 3= an einer öffentlichen Lademöglichkeit, 4= weitere

Ladezyklen Datum Ladeg. Ort Bemerkungen

# TT.MM.JJJJ beim Laden Trip vor Laden nach Laden Diff [kWh/100km] [l/100km] (spezielle Fahrten, Mitfahrer, etc.)

22 4.2 1.3

1 02.02.2011 2 478.0 2.0 4.0 2.0 - -

2 08.02.2011 2 529.0 51.0 2.0 4.0 2.0 3.9 1.2 Über nacht und vor 2. Fahrt in der Kälte

3 10.02.2011 2 559.0 30.0 - 0.9 0.9 3.1 0.9 1 Fahrt mit 2 Personen 2 Fahhrten mit 15 kg Gepäck

4 16.02.2011 2 580.0 21.0 1.7 2.5 0.8 4.0 1.2

5 2 610.0 30.0 - 1.1 1.1 3.7 1.1

6 07.03.2011 1 630.0 20.0 2.5 3.3 0.7 3.7 1.1

7 07.03.2011 2 635.0 5.0 3.3 3.5 0.2 4.8 1.4

8 08.01.1900 2 673.0 38.0 3.5 5.1 1.6 4.1 1.2 ca 17.5 km mit Kind (35 kg)

9 11.03.2011 2 686.0 13.0 5.1 5.8 0.7 5.7 1.7

10 15.03.2011 2 716.0 30.0 5.8 6.9 1.1 3.6 1.1

11 23.03.2011 2 738.0 22.0 6.9 7.7 0.8 3.8 1.1 Service. Reifendruck von 1.5 bar auf 3.0 bar erhöht

12 24.03.2011 2 753.0 15.0 7.7 8.4 0.6 4.3 1.3 Steile Bergfahrt.

13 25.03.2011 2 774.0 21.0 8.4 9.2 0.8 3.8 1.1

14 28.03.2011 2 799.0 25.0 9.2 9.9 0.7 2.9 0.9

15 01.04.2011 2 820.0 21.0 9.9 10.9 1.0 4.7 1.4

16 06.04.2011 2 847.6 27.6 10.9 11.9 1.0 3.5 1.1

17 13.04.2011 2 875.0 27.4 11.9 12.7 0.8 3.0 0.9 nicht voll

18 14.04.2011 2 891.0 16.0 12.7 13.4 0.7 4.4 1.3 Kühle Nacht

19 18.04.2011 2 919.0 28.0 13.4 14.3 0.9 3.1 0.9

20 20.04.2011 2 927.0 8.0 14.3 14.8 0.5 6.8 2.0

21 07.05.2011 2 946.9 19.9 14.8 15.6 0.8 3.8 1.1

22 10.05.2011 2 959.0 12.1 15.6 16.0 0.5 3.9 1.2

23 17.05.2011 2 982.0 23.0 16.0 17.0 0.9 4.0 1.2

Total / Mittel

Obligatorisch

504.0 21.3

VerbrauchNetzenergiebezug [kWh]km-Zähler Stand

Marke: Vectrix

Modell: VX 1

Kennzeichen: 0

Ort: 1= zu Hause, 2 = am Arbeitsort, 3= an einer öffentlichen Lademöglichkeit, 4= weitere

Ladezyklen Datum Ladeg. Ort Bemerkungen

# TT.MM.JJJJ beim Laden Trip vor Laden nach Laden Diff [kWh/100km] [l/100km] (spezielle Fahrten, Mitfahrer, etc.)

6 14.5 14.5

06.10.2010 181.5 - - - Anfangszählerstand

1 07.10.2010 1 1 228.2 46.7 - - - erste Ladung jedoch noch ohne Ladegerät?

08.10.2010 263.3 35.1 - - - eine Fahrt, jedoch ohne Laden am Schluss!

2 09.10.2010 1 2 309.5 46.2 - - - Laden am Arbeitsort

10.10.2010 310.9 1.4 - - -

WINTERPAUSE Roller eingestellt bis

3 17.01.2011 1 2 310.9 2.2 2.2 - - Zwischenladung gem. Telefon R. Widmer EMPA

4 17.03.2011 1 2 310.9 - 2.3 2.3 - - Zwischenladung gem. Telefon R. Widmer EMPA

31.03.2011 310.9 - - - - weshalb dieser Eintrag?

5 02.04.2011 1 1 335.4 24.5 4.0 4.0 16.3 16.3

29.04.2011 381.0 45.6 - - -

08.05.2011 383.5 2.5 - - -

6 12.05.2011 383.5 - 3.4 3.4 - -

23.06.2011 1 1 395.3 11.8 - - -

7 26.06.2011 1 1 406.3 11.0 4.2 4.2 38.2 38.2

02.07.2011 415.7 9.4 - - -

03.07.2011 427.0 11.3 - - -

16.07.2011 429.4 2.4 - - -

25.07.2011 436.3 6.9 - - -

8 26.07.2011 436.3 - 3.9 3.9 - -

29.07.2011 448.3 12.0 - - -

Total / Mittel

Obligatorisch

137.4 19.9

VerbrauchNetzenergiebezug [kWh]km-Zähler Stand

spezielle Anwendung handschriftlich

perfekt gemischt

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Rücklauf

Teilnehmer: ca. 50 auswertbare Tagebücher: 30 dies entspricht:

ca. 27'000km Fahrstrecke

ca. 800 Fahrten

ca. 700 Akku-Ladungen

ca. 2'000 kWh Energie (1'200 Liter Benzin äq.)

6.28 kWh/100km Durchschnittsverbrauch 'Strom' 0.69 l/100km Durchschnittsverbrauch 'Benzin'

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 12

0

2

4

6

8

10

12

14

0 100 200 500 1000 2000 5000 More

Häu

fig

keit

Gesamtstrecke [km]

020406080

100120140160180200

ufi

gke

it

[km] -10

10

30

50

70

90

110

130

150

ufi

gk

eit

Ladungen [kWh]

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Datenauswertung

Gruppierung nach Teilnehmern: Fahrzeugmarken/ -typen: 15

Gruppierung nach Höchstgeschwindigkeiten: Kategorie bis 45km/h: 8 Fhz Kategorie bis 80km/h: 10 Fhz Kategorie über 80km/h: 11 Fhz

Gruppierung nach Jahreszeit:

Sommer (Mai-Sep) Erhebungen: 22 (ca. 12'000km) Winter (Okt-Apr) Erhebungen: 18 (ca. 13'000km)

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 13

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-

2.00

4.00

6.00

8.00

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-

2.00

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20.00E

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trix

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trix

Vec

trix

Ves

pino

1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Verbrauch

hoch

tief

Mittel

Durchschnittsverbräuche [kWh] der Teilnehmer

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 14

eScooter45 eScooter80 eScooter100

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2.00

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16.00

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Ves

pino

1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Verbrauch

hoch

tief

Mittel

Durchschnittsverbräuche [kWh] der Teilnehmer

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 15

Artefakt der Mittelwertberechnung

sehr kurze Fahrten lange Ladezeiten ?

lange Stillstandzeiten mit Nachladen?

-

5.00

10.00

15.00

- 20.00 40.00 60.00 80.00

kum

liert

er

Ene

rgie

be

zug

[kW

h]

kumulierte Fahrstrecke [km]

ungenaue Energiemessung (Auflösung 0.5)? eBike45 !

Pb & Li Batterie zusätzlich BMS Probleme

eScooter45 eScooter80 eScooter100

-

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

- 100.00 200.00 300.00

ku

mliert

er

En

erg

ieb

ezu

g [

kW

h]

kumulierte Fahrstrecke [km]

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Ma terials Sci ence & Technolog y

Fahrten und Energiebezüge nach Fhz Kategorie

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 16

0

20

40

60

80

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0 1

5 2

0 2

5 3

0 3

5 4

0 4

5 5

0 5

5 6

0 6

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0 7

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0 8

5 9

0 9

5 1

00

Mo

re

Verteilung von eScooter100 Fahrten [km]

0

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20

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40

50

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0 2

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0 3

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0 5

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0 7

5 8

0 8

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0 9

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00

Mo

re

Verteilung von eScooter80 Fahrten [km]

0

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0 1

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0 2

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0 3

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0 4

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0 5

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0 6

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0 7

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0 9

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00

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re

Verteilung von eScooter45 Fahrten [km]

0

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40

50Verteilung von eScooter45 Ladungen [kWh]

0

5

10

15

20

25Verteilung von eScooter80 Ladungen [kWh]

0

10

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30

40Verteilung von eScooter100 Ladungen [kWh]

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Fahrten und Energiebezüge nach Jahreszeit

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 17

0

5

10

15

20

25

30

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40

45

5

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15

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95

10

0

Mo…

Verteilung Winterfahrten [km]

0

5

10

15

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5

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10

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Mo

re

Verteilung Winter- & Sommerfahrten [km]

0

5

10

15

20

25

30

Verteilung Winterladungen [kWh]

0

5

10

15

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30

Verteilung Winter- & Sommerladungen [kWh]

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Durchschnittsverbräuche [kWh] der Teilnehmer

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 18

-

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

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16.00

18.00

20.00

-

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

Elm

oto

Etro

po

lis

Gra

ce

IO-s

coo

ter

IO-S

coo

ter

Kyb

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x

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1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Verbrauch

V winter

V sommer

Verbrauch

eScooter45 eScooter80 eScooter100

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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 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 19

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Schlüsse aus e-Scooter Tagebuchaufzeichnungen

Fahrverbräuche entsprechen den modellierten Werten: 'eScooter45' ca. 2-4 kWh/100km, 'eScooter80' 4-6 kWh/100km, 'eScooter100' 6-9

kWh/100km Netzenergiebezüge sind deutlich höher als die Fahrverbräuche

'eScooter45' ca. 4 kWh/100km, 'eScooter80' ca. 6 kWh/100km, 'eScooter100' ca. 8 kWh/100km

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 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 20

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Ma terials Sci ence & Technolog y

Merci

FES Workshop 08. August 2012, "e-Scooter Stromverbrauch", Empa, 21