Berechnung der Batterieentladung durch Standheizungsbetrieb

[PSKuddel]

Hallo,

ich bin seit ein paar Tagen stolzer Besitzer einer Eberspächer Hydronic B4W S Standheizung.
Jetzt interessiere ich mich aus reiner Neugier dafür, inwieweit die SH die Batterie bei jeder Nutzung aussaugt.

Ich weiß, ich weiß, Fahrtzeit = Heizzeit, ich würde aber gerne zumindest einen ungefähren Wert für das Ausmaß der Entladung haben. Sprich, wieviele Ah fehlen der Batterie nach einem Einsatz der SH?

Eine Recherche auf Google hat bei mir keine vernünftigen Antworten auf diese Frage geliefert. Dabei kann es doch eigentlich gar nicht so schwer sein, wenigstens einen Näherungswert zu berechnen! :confused:

Auf dem Datenblatt für meine Eberspächer finden sich folgende Angaben:

• Wärmestrom: 4300 W (große Heizstufe) bzw. 1500 W (kleine Heizstufe)
• mittlere elektrische Leistungsaufnahme:
  - 35 W (große Heizstufe) bzw. 10 W (kleine Heizstufe) im Betrieb
  - 110 W beim Start
  - 8 W während des Nachlaufs
• elektrische Leistungsaufnahme der Wasserpumpe: 16 W
• Nennspannung: 12 V
• Aktivierung des Innenraumgebläses ab 30° Kühlwassertemperatur

Die Zahlen sind für andere Modelle beliebig austauschbar, mir geht es mehr um die Berechnung!

Mein Ansatz ist folgender:
Die Entladung hängt ab vom Entladestrom und der Entladedauer: Q = I * t
Der Entladestrom berechnet sich aus Leistungsaufnahme und Spannung: I = P / U

Ich rechne erst einmal vereinfachend nur mit folgenden Zahlen:

• 20 Minuten Betrieb: t = 1200 s
• bei kleiner Heizstufe: P = 10 W
• Spannung wie angegeben: U = 12 V

Dann komme ich auf eine Entladung von Q = (P / U) * t = 1000 As = 0,28 Ah

Wenn ich eine Startphase von 1 Minute dazurechne (ist das der Zeitraum vom Einschalten der SH bis zum Anspringen der Verbrennung?) komme ich zusätzlich auf (t = 60 s, P = 110 W, U = 12 V):
Q = 550 As = 0,15 Ah

In der Summe komme ich damit unter Auslassung von anderen Größen (Nachlauf, teilweise Betrieb mit hoher Heizleistung) auf eine Entladung von 0,28 Ah + 0,15 Ah = 0,43 Ah

Irgendwie ein bißchen mickrig der Wert! :confused:

Daher folgende Fragen:

• Stimmt die Rechnung überhaupt?
• Muss ich dieselbe Rechnung auch noch für die Wärmepumpe aufmachen (mit 16 W Leistungsaufnahme)?
• Wie komme ich auf den Stromverbrauch für das Gebläse?
• Habe ich weitere wichtige Einflussgrößen übersehen?

Ich weiß ja, dass das hier kein Physik-Forum ist, aber die Frage kann doch eigentlich nicht so schwer zu beantworten sein und die Formeln sollten eigentlich nicht das Problem sein.
Es gibt hier doch bestimmt Leute, die in der Lage sind, hier für etwas Aufklärung zu sorgen. :(

Außerdem finde ich, dass die Frage eigentlich allgemein ganz interessant ist. Irgendwelche guten Ratschläge? :confused:

[polli30]

Habe jetzt nicht nachgerechnet, aber du musst auf jeden Fall noch dein Heizungsgebläse mit ca. 30-50W dazurechnen, denn das läuft ja auch, wenn das Kühlmittel ca. 30°C hat, aber auf welcher Stufe, mit welcher Leistung genau läuft dein Gebläse?! Und nach welcher Zeit ist die Kühlmitteltemp. bei welcher Aussentemp. erreicht? Und die Eigenentladung der Batterie berechnen, die bei Kälte natürlich grösser ist, sowie die Kapazität der Batterie, die bei Kälte absinkt und natürlich auch mit zunehmendem Alter der Batterie! Desweiteren natürlich auch den aktuellen Ladezustand der Batterie, der natürlich schlecht zu bestimmen ist.

Noch viel Spass beim Rechnen

GrüCCe vom Polli

[PSKuddel]

Inwiefern sollten sich Kapazität und Ladezustand der Batterie auf die Funktion der Standheizung auswirken?

Eventuelle Schwankungen des Entladestroms aufgrund der sich ändernden Kapazität würde ich idealisierend einfach aussen vor lassen. Mir geht es ja nicht um Exaktheit, sondern um einen Richtwert.

Nach dem Motto: 5% von 120 Euro sind 5 Euro

Die wichtigste Frage ist für mich eigentlich, ob meine Vorgehensweise grundsätzlich stimmt, oder nicht.


Ich selbst habe keinen blassen Schimmer, mit welcher Leistung man das Gebläse veranschlagen muss.

Wenn ich mit deiner Information einfach mal von 40 W ausgehe bei 12 V Bordspannung und annehme das die 30° Temperatur nach 3 Minuten erreicht sind (also 17 Minuten lang aktiviertes Gebläse) dann komme ich mit der oben angegebenen Vorgehensweise auf 0,94 Ah nur für das Gebläse.

Wenn ich auch noch die Wärmepumpe extra durchrechne, dann kommen noch mal 0,44 Ah dazu.

Das macht dann in Summe: 0,43 Ah (Heizgerät) + 0,44 Ah (Wärmepumpe) + 0,94 Ah (Gebläse) = 1,71 Ah

Grob gerechnet wären das also 2 Ah weniger für die Batterie!


Realistisch?
Unrealistisch?
Blödsinn?

Kommt schon, 3000 angemeldete User und niemand hat Physik studiert?

Oder Physik-LK? Mist, ... hatte ich ja selbst! :o

Ja, ja, PISA lässt grüßen! Aber irgendwie habe ich da nur noch was von Interferenzen und Potentialtöpfen im Hinterkopf. Muss wohl in der Mittelstufe gewesen sein.

Sind vielleicht Schüler anwesend?

Irgendwie lässt mich das nicht los! Es muss doch brauchbare Annäherung geben? :(

[RCC1]

für mich gilt einschalten - vorwärmen- reinsetzen - fahren- geniessen

und da ist es mir sch..egal was die braucht

[polli30]

für mich gilt einschalten - vorwärmen- reinsetzen - fahren- geniessen

und da ist es mir sch..egal was die braucht

Ist ´n echtes Argument, mache ich genauso und klappt immer, es sei denn die Batterie ist defekt.

[PSKuddel]

für mich gilt einschalten - vorwärmen- reinsetzen - fahren- geniessen

und da ist es mir sch..egal was die braucht

Mir aber nicht!

Übrigens hab' ich mich mittlerweile mal mit einem Studenten der Elektrotechnik auseinandergesetzt, der meinte, das der Gedanke grundsätzlich richtig wäre.

Um den begonnenen Thread auch mit einem Resultat zu beschließen, poste ich hier mal unser Resultat.

Wir sind zu folgendem Ergebnis gekommen:
Die Haupteinflussgrößen für den Stromverbrauch dürften die Standheizung selbst, die Wasserpumpe, das Innenraumgebläse und die Dauer des Heizungsbetriebes sein.

Andere Größen wie Innenwiderstände oder Batteriestände sollten für einen Näherungswert zu vernachlässigen sein.

Natürlich muss ich für verschiedene Parameter ungefähre Annahmen machen, die im einzelnen variieren können. Ich habe mich bemüht, realistische Werte einzusetzen und noch ein paar Reserven mit einzuplanen. Selbstverständlich kann jeder für seine eigenen Bedingungen oder bei einer anderen Standheizung die Werte entsprechend ändern.

Im folgenden rechne ich beispielgebend mit diesen Betriebsbedingungen:

• 25 Minuten Standheizungsbetrieb
• davon 1 Minute Startphase
• und 24 Minuten Heizbetrieb aufgeteilt in 5 Minuten heizen bei großer Heizstufe und 19 Minuten bei kleiner Heizstufe
• dazu kommen noch 5 Minuten Nachlauf
• das Gebläse soll sich nach 5 Minuten einschalten, also 20 Minuten Gebläsebetrieb
• auf niedriger Stufe benötigt das Gebläse dabei eine Leistung von geschätzten 50 W

Die Daten MEINER Standheizung habe ich ja eingangs schon erwähnt!

Auf dem Datenblatt für meine Eberspächer finden sich folgende Angaben:

• Wärmestrom: 4300 W (große Heizstufe) bzw. 1500 W (kleine Heizstufe)
• mittlere elektrische Leistungsaufnahme:
  - 35 W (große Heizstufe) bzw. 10 W (kleine Heizstufe) im Betrieb
  - 110 W beim Start
  - 8 W während des Nachlaufs
• elektrische Leistungsaufnahme der Wasserpumpe: 16 W
• Nennspannung: 12 V
• Aktivierung des Innenraumgebläses ab 30° Kühlwassertemperatur

Unter den gegebenen Voraussetzungen komme ich auf folgende Werte:

• Startphase: (110 W / 12 V) * 60 s = 550 As = 0,15 Ah
• Heizbetrieb groß: (35 W / 12 V) * 300 s = 875 As = 0,24 Ah
• Heizbetrieb klein: (10 W / 12 V) * 1140 s = 950 As = 0,26 Ah
• Nachlauf: (8 W / 12 V) * 300 s = 200 As = 0,06 Ah
• Wasserpumpe: (16 W / 12 V) * 1140 s = 1520 As = 0,42 Ah
• Innenraumgebläse: (50 W / 12 V) * 1200 s = 5000 As = 1,39 Ah

In Summe macht das dann: 0,15 Ah + 0,24 Ah + 0,26 Ah + 0,06 Ah + 0,42 Ah + 1,39 Ah = 2,52 Ah

Daraus machen wir einfach aufgerundete 3 Ah.

Mit dieser Entladung sollte man bei MEINER Heizung eigentlich auf alle Fälle hinkommen.

Dazu kommt noch der Anlassvorgang, den ich mal mit 0,5 Ah veranschlage.

Wenn man jetzt bedenkt, dass durch den vorgewärmten Motor das Anlassen erleichtert wird und dass man auf den ersten Kilometern einen geringeren Leistungsbedarf für die elektrischen Verbraucher hat (kleine statt große Gebläsestufe, da das Auto schon warm und beschlagsfrei ist), dann ist es sogar denkbar, dass man auf diese Art gerade zu Fahrtbeginn bis zu 1 Ah gegenüber einem kalten Fahrzeug einsparen kann, so dass der "Netto-Verbrauch" nur bei 2 Ah liegt.

Jetzt noch folgender Gedankengang zur Wiederaufladung der Batterie:

• Die Lichtmaschine liefert, soweit es mir bekannt ist, 70 Ampere
• In den ersten 10 Minuten nach Fahrtantritt rechne ich mit einem Leistungsbedarf der Verbraucher im Auto von durchschnittlich ca. 350 W (Winter-Betrieb, vorher Standheizung, 5 Minuten mit Heckscheibenheizung)
• Wenn man das Fahrzeug schnell auf die Landstraße überführen kann und nicht innerstädtisch vor irgendwelchen Ampeln rumstehen muss, dann soll die Lichtmaschine in diesen 10 Minuten durchschnittlich zumindest 50 A liefern

Dies bedeutet, dass die Lichtmaschine in diesen 10 Minuten durchschnittlich: P = U * I = 12 V * 50 A = 600 W liefert.

Davon gehen 350 W an die Verbraucher, somit verbleiben zum Aufladen der Batterie: 600 W - 350 W = 250 W

Dadurch lädt sich die Starterbatterie bei 10 Minuten Fahrt um Q = (P / U) * t = (250 W / 12 V) * 600 s = 12500 As = 3,47 Ah auf.

Das Ganze runde ich dann ab auf 3 Ah.

Wenn man sich das Ergebnis also ansieht, läßt sich sagen, dass die Faustregel Heizzeit = Fahrtzeit zumindest für MICH und MEINE Randbedingungen so nicht stimmt.

Vielmehr gilt für MICH (oder Leute mit ähnlichen Bedingungen, vor allem: kleine SH, außerstädtisch) eher die Regel: Heizzeit = doppelte Fahrtzeit.

Für 10 Minuten Autofahrt darf ich also mindestens 20 Minuten lang heizen, ohne langfristige Konsequenzen für meine Starterbatterie zu befürchten.
Das deckt sich auch mit meiner bisherigen Erfahrung, da ich manchmal auch mehrere Tage nur kürzere Strecken fahre!

Jedenfalls solange, bis sich beim Umdrehen des Zündschlüssels nichts mehr rührt ;-)
Dann müsste ich wohl noch mal Zettel und Bleistift zücken :-)

Übrigens habe ich in den obigen Rechnungen erst mal grundsätzlich mit 12 V Spannung gerechnet, obwohl ich nicht sicher bin, ob vielleicht die erhöhte Bordspannung angemessener wäre. Unter dem Strich würden sich die dadurch geänderten Werte aber größtenteils gegenseitig aufheben. Im Grundsatz würde sich das Endergebnis also nicht gravierend ändern.

Damit wäre diese Frage auch mal behandelt! (Musik, Bier, Frauen, alles zu mir! )

[VichtlTom]

Danke für diese ausführliche Beschreibung!

Aber folgendes verstehe ich nicht ganz:

... die Regel: Heizzeit = doppelte Fahrtzeit.

Für 10 Minuten Autofahrt darf ich also mindestens 20 Minuten lang heizen, ohne langfristige Konsequenzen für meine Starterbatterie zu befürchten.

Lieben Gruß
Tomi

[PSKuddel]

Vielleicht ist das nicht richtig rausgekommen!

In Summe macht das dann: 0,15 Ah + 0,24 Ah + 0,26 Ah + 0,06 Ah + 0,42 Ah + 1,39 Ah = 2,52 Ah

Daraus machen wir einfach aufgerundete 3 Ah.

Mit dieser Entladung sollte man bei MEINER Heizung eigentlich auf alle Fälle hinkommen.

Dazu kommt noch der Anlassvorgang, den ich mal mit 0,5 Ah veranschlage.

Das sind dann also 3,5 Ah die der Batterie beim Losfahren fehlen! (nach 25 Minuten Heizen)

Dadurch lädt sich die Starterbatterie bei 10 Minuten Fahrt um Q = (P / U) * t = (250 W / 12 V) * 600 s = 12500 As = 3,47 Ah auf.

Das Ganze runde ich dann ab auf 3 Ah.

Somit sind nach 10 Minuten Fahrt 3 Ah von 3,5 Ah wieder drin. Die noch fehlenden 0,5 Ah wären rein rechnerisch in den noch verbleibenden 2,5 Minuten (12,5 Minuten Fahren vs. 25 Minuten Heizen) auch kein Problem.

Daher meine für bestimmte Bedingungen abweichende Kurzformel.

Ich möchte noch mal herausstellen, dass ich grundsätzlich mit einfachen Mitteln einen Näherungswert berechnet habe. Die Rechnungen stimmen so nicht exakt mit den realen Vorgängen im Fahrzeug überein.
Beispielsweise sinkt die Spannung der Batterie (und somit die Fähigkeit zur schnellen Wiederaufladung) mit steigendem Ladezustand.

Den Zusammenhang zwischen Ladung und Spannung kann man sich sogar bildlich vorstellen: Wenn man in einen vollen Eimer (voll geladen) ein Loch in den Boden bohrt, dann schießt das Wasser durch den hohen Druck der Wassersäule (Spannung) zunächst mit hohem Druck hinaus. Um so leerer der Eimer wird (Entladung), um so niedriger wird der Wasserdruck (Spannung). Am Ende quält sich das Wasser geradezu aus dem Eimer.

Um so etwas exakt zu berechnen, müsste man über die sich ändernde Ladekapazität integrieren, was die Rechnung verkomplizieren würde und keinen Mehrwert bringen würde (im Sinne von einem Verständnis der Zusammenhänge).

Parameter dieser Art gäbe es viele.

Da ich keinen genauen Wert suche, halte ich es für eine legitimes Mittel einen vereinfachten Näherungswert zu bestimmen und ausreichenden Spielraum einzuplanen, um so einen ausreichenden Anhaltspunkt zu finden.

Wichtig ist, dass die entscheidenden Parameter, also diejenigen, bei denen kleine Änderungen einen größeren Einfluss auf das Ergebnis haben, richtig erkannt werden.

Das Ganze nennt sich dann Abstrahieren ;-)

Aber die Sache mit der Heizzeit = doppelte Fahrtzeit für MEINEN Fall ist klar geworden?

25 Minuten Heizung + Motor starten = 3,5 Ah Entladung
10 Minuten Fahren = 3 Ah Aufladung

Also ergibt sich: Heizzeit = (ungefähr) doppelte Fahrtzeit bei (ungefähr) gleichen Werten für Aufladung und Entladung.

[openwater]

Was nützt uns all die Theorie,.....

... wenn's klappen soll und klapt doch nie?

Super , diese Theoretische Betrachtung vermeintlich aller Stellgrößen, aber leider habt ihr bei dieser Betrachtung die Rechnung ohne den entscheidenden Faktor Batterie gemacht.

Es wird angenommen, das die Batterie sich immer wie ein geduldiger Packesel zu allen Zeiten gleich verhält und jederzeit in der Lage ist Ladung aufzunehmen.
Dem ist aber bei weitem nicht so.
Die Chemischen Prozesse innerhalb einer Batterie gleichen Korosionsprozessen.
Entscheidender Faktor ist dabei die Temperatur, bei der diese Prozesse stattfinden sollen.
Erfahrungsgemäß beginnt die Nutzung der Standheizung, wenn die Außentemperaturen die +16°C Marke unterschreitet.
Von da an bis ca. +10°C würde ich die oben beschriebene Regel aktzeptieren.
Unterhalb von 10°C sinkt aber die Aufnahmebereitschaft einer normalen Blei-Säure Batterie dramatisch ab.
Bedeutet das die in die Batterie hineinfließenden Ströme ersteinmal nur dafür sogen, das die benötigte Reaktions Temperatur für die chemischen Prozesse entsteht.
In der Praxis bedeutet es, das bei verschiedenen Temperaturbereichen halt andere Fautregeln gelten müssen.
So ist die Formel Heizzeit = Fahrzeit von +10° bis - 5° C realistisch.
Darunter, also -5° bis -25° C kann es sogar Heizzeit = doppelte Fahrzeit heißen.
Das alles hängt stark vom Alter der Batterie, ihrem Montageort im Fahrzeug bzw. dem Schutz vor Kälte ab, der um die Batterie verbaut ist.
Nicht nur der Fahrer mag es mollig. Auch die Batterie schätzt ein bischen Wärme.
Auch einer der Gründe warum Batterien bei Benzinern länger halten als bei Dieselfahrzeugen. Aufgrund des besseren Wirkungsgrades werden Diesel im Winter auf kurzen Strecken kaum warm und wenn es unter der Haube immer fröstelig ist, macht halt die Batterie auch schneller schlapp.

Guter und bewährter Tipp für alle Standheizungsnutzer im Zurzstreckenberieb.
Anschaffung eines tragbaren Starthilfe Akkus den man im Notfall benutzen kann um den Motor zum laufen zu bringen.