Vorkonditionierung an der Wallbox

Nachdem das Thema „Vorkonditionierung“ über gefühlte 1000 verschiedene Threads verteilt ist starte ich 'mal einen eigenen Faden zum Thema.

Im Winter 21/22 hatte ich mir das Thema bereits angeschaut und dort bereits ein unerwartetes Verhalten festgestellt. Damals wurde scheinbar zufällig zwischen den einzelnen Phasen hin und her geschaltet, mal waren 3 Phasen aktiv, mal 2, mal nur 1. Auch die jeweils vom Auto angeforderte und eingestellte Stromstärke schien zufällig. Einzig die Summenleistung war in etwa wie erwartet: zunächst im Bereich der 7kW, dann mit fortschreitender Konditionierungszeit immer weiter abfallend, allerdings sehr schnell. Der eingebrachte Energieeintrag war dadurch sehr gering, zumindest eher homöopathisch im Verbrauch bemerkbar. Manche Polestar2-Eigner sind dazu übergegangen 3-4mal hintereinander die Konditionierung zu starten.
Anfragen beim Support, FB, Köln und Werkstatt führten immer wieder zum gleichen, nichtssagenden Ergebnis: „nicht bekannt“ und/oder „geben es an die Technik weiter“. Naja, das Frühjahr kam und das Thema verlor an Relevanz.

Nun im Winter 22/23 hat mich persönlich, aufgrund Alternativfahrzeug und nur Kurzstrecke mit dem PS2, das Thema nicht wirklich interessiert. Trotzdem, ich bin technisch interessiert und (leider) auch neugierig.
Meine Wallbox (22kW Go-e Charger) wird von einem Raspi gesteuert und alle Daten in InfluxDB abgelegt. Deshalb habe ich mir erlaubt, die Vorkonditionierung des PS2 mit dem Alternativfahrzeug I4 zu vergleichen.
Randbedingungen:

  • jedes Fahrzeug hat vorher mindestens 48h in der Garage gestanden
  • die Lufttemperatur in der Garage war im gesamten Betrachtungszeitraum zwischen 10 und 12°C
  • die WB war, nach Ladeende, konstant auf 32A / 22kW Leistungsabgabe eingestellt, die Leistungssteuerung erfolgt ausschließlich über das jeweilige Fahrzeug.
  • jedes Fahrzeug wurde auf 100% SoC geladen, es wurde eine Abfahrtszeit/Konditionierzeit für den nächsten Morgen im Fahrzeug eingestellt
  • der Ladevorgang erfolgte jeweils PV-geführt und ging bis in die Dämmerung, d.h. er endete mit 6A
  • nach Abschluss des Ladevorgangs blieb das Fahrzeug bis zur Abfahrt mit der Wallbox verbunden.

Und hier die sehr unterschiedlichen Ergebnisse bzw. das sehr unterschiedliche Verhalten der Autos.
Polestar 2

Nun ja, nach Beendigung des Ladevorgangs wird das Auto bis zur Abfahrt 3x aktiv und verbraucht Energie aus der WB. Das 1ste Mal ~2,5h nach Laden, dann wieder nach weiteren ~5h und schließlich kurz vor Abfahrt. Was ist der Sinn? Es darf spekuliert werden…

Das erste Event sieht im Detail so aus:


Zunächst startet der Vorgang mit 3 Phasen um dann nach ~2Min Phase 1 abzuschalten. Der Sinn…keine Ahnung.

Das zweite Event im Detail:


Auch hier wird nach ~2Min Phase 1 ausgeknipst um dann kontinuierlich die Leistung auf den verbleibenden beiden Phasen nach oben zu fahren. Wer eine logische Erklärung hat, her damit…

Und nun das letzte Ereignis vor der Abfahrt. Ich habe es Heizen tituliert - bin mir aber nicht sicher ob der Titel wirklich passt:


Hier wird nach weniger als 2Min Phase1&2 abgeschaltet. Phase 3 läuft mit heftigen Schwankungen bis zur eingestellten Abfahrtszeit mit einer mittleren Leistung von ~1,7kW. Sicherlich zu wenig um das Akkupack zu temperieren, deswegen nur „Heizen“.

Alles in allem besser als vor einem Jahr, zumindest nicht so wild und konfus beim Ein- und Ausschalten der einzelnen Phasen; aber irgendwie erschließt sich mir die thermodynamische Logik des Vorgangs nicht.
Ganz anders der I4. Hier zeigt sich ein Bild wie es sich mein Ingenieur & Physiker Hirn vorstellt. Eine saubere Leistungsregelung, ein klares Umschalten auf 1 Phase wenn die abnehmende Leistungsanforderung aufgrund des Mindeststroms nicht mehr darstellbar ist. Aber seht selbst:

Und hier der Heiz-/Vorkonditionierungsvorgang im Detail:

Vielleicht hat mein PS2 ja auch einen Schaden - wer die Möglichkeit hat sollte das Verhalten seines Autos einmal betrachten, für meinen PS2 war es in meinem Besitz aller Voraussicht nach der letzte Winter und damit ist das Thema für mich erledigt.
Aber ich wollte es euch nicht vorenthalten - und vielleicht nimmt sich Polestar doch an BMW ein Beispiel bzgl. Gesamtenergieeinsatz. Den behalte ich hier für mich, wer will kann ihn aus den Graphen ja rausziehen. Nur soviel, der BMW ist um Größenordnungen besser, vom danach folgenden Verbrauch will ich gar nicht erst anfangen. :innocent:

Edit: Mit der Haustechnik kenne ich selbst mich zu wenig aus. Was sagt eigentlich da die gemeine Lehre über einen 2-Phasenbetrieb?
Ich kenne das nur vom PV-gespeisten Warmwasserheizstab, aber das sind ja streng gesehen 3 unabhängige Heizwicklungen in einem Gehäuse. Ob jeder PFC des OBC genauso singulär betrachtet werden kann?

9 „Gefällt mir“

HI @Electrified , Du hast doch noch die Launchversion vom ersten Serie? Diese Serie hat neben den sehr hohen Verbrauch im Winter und hohen Verbrauch im Sommer und noch schlimmer auf Kurzstrecke, auch eine sehr slecht oder gar nicht funktionierende Vorkonditionierung. Das waren die Gründe warum ich jetzt einen LR, SM MY23 fahre. Der ist um Welten besser. Auch wenn der Vorkonditionierung noch besser sein könnte.

Guten Morgen @Electrified
vielen Dank für den ausführlichen Test. Bei mir sehe ich ein ähnliches Verhalten bezüglich der Vorkonditionierung bei voller Batterie. Der Strombezug zuckt wild als ob sich die Heizung jede Sekunde neu überlegt, was sie gerade eigentlich tun soll…

Edit: MY22 LR SM

Sehr schöne Analyse.

Mein Vorschlag wäre, dass du / ihr mal prüft, ob das Verhalten so auch bei einem Ziel SoC von 90% auftritt.

da bin ich mir nicht sicher, ob das mit dem Vorkonditionieren richtig klappen kann, bzw. die Ergebnisse valide sind.
Meiner Erfahrung nach steigt beim Fahren der Verbrauch deutlich, sobald die Temperatur <10°C liegt und ich würde daher vermuten, dass das eine untere Schwelle für die Heizung ist.
Auch sagt Polestar, dass sie den Akku nicht immer auf Optimaltemperatur heizen, sondern auch nach Vorkonditionierung die Schneeflocke vorhanden sein kann, wenn der Akku am unteren Limit des Temperaturbereiches liegt.

Ich denke, so richtig kann man das erst bei deutlich niedrigeren Temperaturen herausfinden.

Ich starte die Vorkonditionierung immer nur bei 100% (=Reichweitengewinn) - muss also jemand anders machen.

Ich habe die Erwartungshaltung, dass das Auto das intern regelt und nicht den Nutzer mit der Aufgabe betraut. Es ist das verhalten des PS2 unter den ggb. Bedingungen, somit ist es sicher valide.
Wenn es „zu warm“ wäre, dann könnte doch ausschließlich der Innenraum temperiert werden, wobei 20-25°C der Sweetpoint des Akkus ist und es somit keine wirklichen Unterschiede gibt.

Also egal ob zu warm oder nicht - die Strategie die ich da sehe (messe) ist mir suspekt aufgrund der Anzahl der Aktivitäten/Heizphasen/Events, deren energetischem Verlauf und den (unmotiviertem) Abschalten einzelner Phasen.
Vielleicht gibt es ja mehr Aufzeichnungen dieser Art und es zeigt sich eine Systematik…

versteh ich ja, ich wollte damit nur sagen: Wir können nicht feststellen, ob der P2 in diesem Temperaturfenster tatsächlich den Akku vorheizt, denn wenn der untere Schwellenwert z.B. bei 12°C liegt, dann könnte ich mir durchaus vorstellen, dass die Regelung ohne Hysterese um diesen Wert pendelt.

Theorie für Events 1 und 2: - SoC Erhaltung, aufgrund sinkender interner Akkutemperatur und Cell-Balancing (10 Minuten mit ca. 4kW → ca. 0,7 kWh = 0,8% SoC)
Denn hier eine „Temperaturerhaltungsladung“ für den Akku zu starten, wenn man die gewünschte Abfahrtszeit hinterlegt hat, ergibt keinen Sinn. Zudem ist es mit 10-12°C auch zu warm, um einen Akkuschutz zu triggern.

Zum dritten Event würde ich behaupten: Akku-Konditionierung + Heizung mit 3 Phasen, da wir schon um die 10°C liegen, schalten 2 Phasen recht zügig ab und er heizt mit der verbleibenden Phase nur noch den Innenraum.

Nächste Theorie: 2 Phasen gehen ins Akkupack und 1 Phase für Kabinenheizung.

Durchaus ein valider Gedanke. Leider sprechen 2 Dinge dagegen.
Was ich vergesse habe: sobald die WB aktiv wird bekomme ich eine Push-Nachricht auf’s Handy, wenn die Aktivität abgeschlossen eine Zusammenfassung der Daten.
Aber:

  1. sehr ähnlichen Randbedingungen (Temp., 100% SoC, Ladestecker eingesteckt etc.) OHNE aktivierte Konditionierung passiert einfach NICHTS (außer dass das Auto für 15 Minuten „nach Hause telefoniert“, aber das ist eine andere Geschichte)
  2. bei dem Vorgang oben hatte ich mit der App geschaut. Ja, da stand zwar „Laden“, aber der SoC war zu Beginn und Ende des Vorgangs 100%. Der unveränderte Wert könnte durch die Auflösung des Anzeigewerts ev. erklärt werden, steht aber im Widerspruch zu Punkt 1.
    Vielmehr müsste dies dann auch immer passieren wenn das Auto nach Erreichen des Ziel-SoC eingesteckt bleibt und die Akkutemp. nur weit genug gefallen ist.

Cell-Balancing als eigenständiges Event kann ich mir nun gar nicht vorstellen. Das Balancing läuft während, vielleicht noch ein wenig nach, jedem Ladevorgang, unabhängig vom SoC. Das nur bei 100% gebalanced wird ist ein (hartnäckiges) Märchen.

Theoretisch denkbar, aber: warum heizt er mit 3 Phasen dann nicht einfach zeitlich kürzer?

Neee, das geht nicht da die einzige Wärmequelle der Hochvoltheizer ist und dieser das Kühlmittel, welches gemeinsam für Innenraum und Batteriepack genutzt wird, aufheizt. Die Wärmemengenverteilung übernehmen getrennte Kreisläufe mit regelbaren Pumpen.

Aber das waren schon 'mal spannende Ideen!

Vielleicht haben die Polestar-Ingenieure damit gerechnet, dass durch die Lüftung eh nicht mehr Wärmeeintrag in die Kabine möglich ist, somit wäre ein stärkeres Aufheizen des Kreislaufs verschwendete Energie?

Eine gute, durchaus mögliche, Erklärung…insbesondere wenn man bedenkt das Event2 erst seit 90 Minuten abgeschlossen ist.
Wenn ich dem folge, dann müsste Event2 die eigentliche Akkukonditionierung sein. Ich könnte mir vorstellen, das diese deutlich vor der geplanten Abfahrt durchgeführt wird um „ein Durchwärmen“ des Packs zu ermöglichen. Das Kühlmittel wird „über-erhitzt“ (vielleicht um die 35°C), die Temperatur der Zellen/des Teils der Zelle nahe an der Kühlmittelplatte wird stärker erwärmt als weiter entfernt liegende Teile, welcher Temperaturgradient über die Zelle auch immer erlaubt wäre.
Über die weitere Standzeit bis zur Abfahrt gleicht sich das Temperaturgefälle wieder aus. Auf diese Art wäre in Summe eine geringere Energiemenge, weil weniger Verluste, nötig als bei langem Aufheizen mit niedrigerer Kühlmitteltemperatur.

Soweit gut, bleibt aber die Frage warum bei Event2 die grob 6kW Leistung nur mit 2 Phasen und nicht gleichmäßig mit 3 Phasen erbracht werden. Die Ursache dafür müsste dann in der Leistungsregelung oder Anschlussverdrahtung des Hochvoltheizers zu suchen sein, seitens der WB/des OBC ist das nicht erklärbar.
Wie sieht der Vorgang wohl bei PS2 mit Wärmepumpe aus? Das ist zum BMW I4 ein Systemunterschied, der I4 hat eine WP…
Bei Beantwortung dieser Fragen wird vielleicht auch Event1 klarer…

Hi Abraham, das Problem hatte ich nur ganz am Anfang - im Winter sind es inzwischen um die 23, im Sommer unter 20 kWh/100km bei normaler Fahrweise (keine Kurzstrecke!). Nur wenn ich mit dem „Messer zwischen Zähnen“ fahre sind es 28-30 kWh/100km. Meine Frau braucht immer 2-3kWh mehr, dafür kann sie besser einparken :smiling_face_with_three_hearts:.

1 „Gefällt mir“

Hi @Electrified , ich habe das Problem mit den hohen Verbräuchen bis oktober 2022 gehabt, die gesamten 2 Jahre. Im Winter 27 und im Sommer 23-24 kWh/100 km. Dann habe ich bei Polestar NL quasi „umgetauscht“ und bin jetzt viel zufriedener mit dem Verbrauch.

Fortsetzung von oben:
Ich habe ein klein wenig im Internet gestöbert. An der These der „Aufwärmung durch Vergleichmässigung des Temperaturgradienten durch Wärmeleitung über die Zelle“ könnte tatsächlich etwas dran sein.

Nach meinen Kenntnisstand verfügt der PS2 ausschließlich über cooling plates unterhalb der Zellen. Die Pouch-Zellen „stehen“ mit der Längsseite hochkant auf dem Kühlkörper, d.h. es wird zwar die gesamte Länge der Zelle temperiert aber der „in der Höhe“ läuft es nur über Wärmeleitung.
Auf die Schnelle schematisch dargestellt so in etwa:

Der zum Vergleich herangezogene BMW bezieht ein battery pack der gen5. Bereits im I3 mit gen3&4 hat BMW erweiterte cooling plates verbaut - und damit in gen5 ganz sicher. Das Design basiert auf einem Patent von LG Chem und erweitert den Kühlkörper zwischen die einzelnen Zellen. Sieht dann so aus:

Nach zu lesen hier.

Dadurch wird jede singuläre Zelle gleichmäßiger und schneller erwärmt. Eine „Wartezeit“ zur Vergleichmässigung entfällt, der Wärmeeinsatz ist effektiver und mit weniger Verlust behaftet. Deshalb benötigt der BMW vielleicht nur eine einzige, relativ kurze Aktivität und kann gleichzeitig Fahrgastzelle und Akku temperieren.

Anscheinend verhindert die Verwendung von Pouch-Zellen das erweiterte Design, die sehen, bei dem was ich gefunden habe, immer so aus:

Alles Glaskugelspekulatius, aber mindestens denkbar…

2 „Gefällt mir“

Die Messungen decken sich mit der Aussage in der Bedienungsanleitung:


https://www.polestar.com/de/manual/polestar-2/2021/article/Vorkonditionierung/

Die Batterieheizung ist bei aktivem Timer immer aktiv, wohingegen der Fahrzeuginnenraum logischerweise erst vor Abfahrt beheizt wird.

In wie weit dies energetisch Sinn macht, bzw. zu weniger Stress beim Akku führt, mag ich nicht beurteilen.

Im direkten Vergleich scheint hier aber BMW einen besserenn Job abgeliefert zu haben.

Ich weiß nicht ob man da lesen muss, dass die Batterieheizung immer (=dauerhaft) aktiv ist wenn das Ladekabel angeschlossen und ein Timer gesetzt ist und das System keinen geeigneten Konditionier-Zeitpunkt berechnen kann.

Das würde doch bedeuten: ich stecke das Auto an und setze den Timer für eine Abfahrt in 1 Woche. In dieser Situation würde, wenn das Auto nicht bewegt wird, eine Woche lang die Batterie auf Temperatur gehalten…
Das wäre doch echt dämlich. Zumal es ohnehin eine Sicherheitsfunktion geben muss, die das Einfrieren des Elektrolyt verhindert. Irgendwo unterhalb -20°C muss geheizt werden, unabhängig von Timer und Ladestecker.

Aber wer weiß, ist ja Polestar-Software :japanese_goblin:

2 „Gefällt mir“

Da würde ja trotzdem eine dünne Kupferplatte dazwischen passen…

Was auch die vermutete thermische Begrenzung der Ladeleistung erklären würde.

Besser wäre Alu - hab’s inzwischen gefunden, das Design der erweiternden cooling plate gibt es auch bei Pouch-Zellen:

Hier beschrieben, wobei die Umsetzung wie hier gezeigt nicht trivial ist.
Der Polestar wird nicht so übel wie der Mach E, ich denke das PS design entspricht eher dem „shoe box“ vom ID4 - aber da ist das erweiterte cooling design nicht vorhanden, geht immer über den Aufbau der einzelnen Zelle.

Bein Polestar-Battery-Modul sehe ich aber leider auch bei hoher Auflösung nichts der gleichen:


Kannst dich hier zum verbessern bewerben :slightly_smiling_face::

Danke, aber nein Danke :sunglasses:

du erzählst Märchen, das war nur bei Deinem so, und damit redest du dir deine lahme Frontantriebsgurke schön :joy: :nerd_face:

3 „Gefällt mir“

Du solltest nicht so beleidigend sein und ausserdem gibt es mehrere Eigentümer der erste Serie der Launchversion die sich, wie ich, beschwert haben über den hohen Verbräuchen und nicht funktionierende Vorkonditioinierung.

1 „Gefällt mir“