Meilen pro Gallone Benzinäquivalent - Miles per gallon gasoline equivalent

Monroney-Etikett, das die äquivalenten Bewertungen des Kraftstoffverbrauchs der EPA für den Chevrolet Volt 2011 zeigt . Die Bewertung für den vollelektrischen Modus (links) wird in Meilen pro Gallone Benzinäquivalent ausgedrückt.

Meilen pro Gallone Benzinäquivalent ( MPGe oder MPG _ge ) ist ein Maß für die durchschnittlich zurückgelegte Entfernung pro verbrauchter Energieeinheit. MPGe wird von der United States Environmental Protection Agency (EPA) verwendet, um den Energieverbrauch von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen , Plug-in-Elektrofahrzeugen und anderen Fahrzeugen mit fortschrittlicher Technologie mit dem Energieverbrauch herkömmlicher Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor in Meilen pro US- Gallone zu vergleichen .

Als verbrauchte Energieeinheit gilt 33,7 Kilowattstunden ohne Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, ebenfalls gemessen in Kilowattstunden. Die Entsprechung dieses Geräts mit der Energie in einer Gallone Benzin ist genau dann richtig, wenn die Wärmekraftmaschine, die Erzeugungsanlage und die Energieversorgung der Autobatterie zu 100 % effizient sind. Tatsächliche Wärmekraftmaschinen weichen stark von dieser Annahme ab.

MPGe stellt aufgrund der regional sehr unterschiedlichen Kosten der Kraftstoffquellen nicht unbedingt eine Äquivalenz der Betriebskosten zwischen Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen und der MPG-Bewertung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor dar, da die EPA von Preisen ausgeht, die dem nationalen Durchschnitt entsprechen. Meilen-pro-Gallone-Äquivalentkosten für alternativen Kraftstoff können mit einer einfachen Umrechnung auf den herkömmlichen MPG berechnet werden. Siehe Konvertierung in MPG nach Kosten unten.

Die MPGe-Metrik wurde im November 2010 von der EPA auf dem Monroney-Aufkleber des Elektroautos Nissan Leaf und des Plug-in-Hybrid Chevrolet Volt eingeführt . Die Bewertungen basieren auf der Formel der EPA, bei der 33,7 Kilowattstunden (121 Megajoule) Strom einer (US) Gallone Benzin entsprechen, und dem Energieverbrauch jedes Fahrzeugs während der fünf Standard-Fahrzyklustests der EPA, die unterschiedliche Fahrbedingungen simulieren. Alle in den USA verkauften Neuwagen und leichten Nutzfahrzeuge müssen dieses Etikett tragen, das die Schätzung der EPA zum Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs enthält.

In einem gemeinsamen Urteil vom Mai 2011 haben die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) und die EPA die neuen Anforderungen an ein Kraftstoffverbrauchs- und Umweltlabel festgelegt , das ab dem Modelljahr 2013 für alle neuen Pkw und Lkw verpflichtend ist . Dieses Urteil verwendet Meilen pro Gallone Benzinäquivalent für alle auf dem US-Markt verfügbaren Kraftstoff- und fortschrittlichen Technologiefahrzeuge, einschließlich Plug-in-Hybride , Elektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit flexiblem Kraftstoff , Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge , Erdgasfahrzeuge , Dieselfahrzeuge und benzinbetriebene Fahrzeuge. Zusätzlich zur Anzeige auf Neufahrzeugen werden Kraftstoffverbrauchsbewertungen vom US-Energieministerium (DOE) verwendet, um den jährlichen Fuel Economy Guide zu veröffentlichen; das US Department of Transportation (DOT) zur Verwaltung des Corporate Average Fuel Economy (CAFE)-Programms; und der Internal Revenue Service (IRS), um die Steuern für Gasfresser zu erheben .

Die Schätzungen des Kraftstoffverbrauchs für Fensteraufkleber und die Einhaltung der CAFE-Norm sind unterschiedlich. Die auf dem Monroney-Label angegebene EPA MPGe-Einstufung basiert auf dem Verbrauch des im Kraftstofftank oder in der Fahrzeugbatterie oder einer anderen Energiequelle gespeicherten Energieinhalts an Bord und gibt nur den Energieverbrauch zwischen Tank und Rad wieder . CAFE-Schätzungen basieren auf einer Well-to-Wheel- Basis und berücksichtigen bei flüssigen Kraftstoffen und Fahrzeugen mit Elektroantrieb auch die Energie, die vorgelagert verbraucht wird, um den Kraftstoff oder Strom zu produzieren und an das Fahrzeug zu liefern. Der Kraftstoffverbrauch für CAFE-Zwecke umfasst eine Anreizanpassung für Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff und Plug-in-Elektrofahrzeuge, die zu höheren MPGe führen als die für Fensteraufkleber geschätzten.

Hintergrund

1988: Gesetz über alternative Motorenkraftstoffe

Der 1988 erlassene Alternative Motor Fuels Act (AMFA) bietet Anreize für den durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch (CAFE) für die Herstellung von Fahrzeugen, die Ethanol- , Methanol- oder Erdgaskraftstoffe verwenden , die entweder ausschließlich mit diesen alternativen Kraftstoffen oder in Verbindung mit Benzin oder Diesel betrieben werden Kraftstoff, solche Fahrzeuge mit flexiblem Kraftstoff . Um Anreize für die weit verbreitete Verwendung dieser Kraftstoffe zu schaffen und die Produktion von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen zu fördern, ermöglicht AMFA Herstellern, die Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen herstellen , CAFE-Gutschriften durch die Herstellung dieser Fahrzeuge zu erhalten, wodurch sie den Kraftstoffverbrauch ihrer Gesamtflotte auf die CAFE-Standards bis zur festgelegten Obergrenze einhalten.

Ab 1993 können Hersteller von qualifizierten Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff von ihrer CAFE-Schätzung profitieren, indem sie den gewichteten Durchschnitt des Kraftstoffverbrauchs der produzierten Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff berechnen, indem der Alkoholverbrauch durch einen Faktor von 0,15 geteilt wird. Als Beispiel würde ein dediziertes Fahrzeug mit alternativen Kraftstoffen, das einen Kraftstoffverbrauch von 15 mpg erreichen würde, während es mit Alkohol betrieben wird, einen CAFE wie folgt berechnen lassen:

FE = (1/0,15)(15) = 100 Meilen pro Gallone

Bei alternativen Dual-Fuel-Fahrzeugen wird davon ausgegangen, dass die Fahrzeuge 50 % der Zeit mit alternativem Kraftstoff und 50 % der Zeit mit konventionellem Kraftstoff betrieben werden, was zu einem Kraftstoffverbrauch führt, der auf einem harmonischen Durchschnitt alternativer Kraftstoffe basiert und konventioneller Kraftstoff. Für ein alternatives Dual-Fuel-Modell, das beispielsweise mit einem Alkoholkraftstoff 15 Meilen pro Gallone und 25 mpg mit konventionellem Kraftstoff erreicht, wäre das resultierende CAFE:

FE = 1 / [(0,5/25) + (0,5/100)] = 40 Meilen pro Gallone

Die Berechnung des Kraftstoffverbrauchs für Erdgasfahrzeuge ist ähnlich. Für die Zwecke dieser Berechnung entspricht der Kraftstoffverbrauch dem gewichteten Durchschnitt des Kraftstoffverbrauchs bei Betrieb mit Erdgas und bei Betrieb mit Benzin- oder Dieselkraftstoff. AMFA gibt an, dass die Energieäquivalenz von 100 Kubikfuß Erdgas 0,823 Gallonen Benzin entspricht, wobei die Gallonen-Äquivalenz von Erdgas einen Kraftstoffgehalt von 0,15 Gallonen Kraftstoff, ähnlich dem von Alkoholkraftstoffen, hat . Zum Beispiel hätte ein dediziertes Erdgasfahrzeug, das 25 Meilen pro 100 Kubikfuß Erdgas erreicht, unter dieser Umrechnung und der Gallonen-Äquivalenz einen CAFE-Wert wie folgt:

FE = (25/100) x (100/0,823) (1/0,15) = 203 Meilen pro Gallone

Der Energy Policy Act von 1992 erweiterte die Definition von alternativen Kraftstoffen um Flüssiggas , Wasserstoff , flüssige Kraftstoffe aus Kohle und biologischen Materialien, Elektrizität und alle anderen Kraftstoffe, die nach Ansicht des Verkehrsministers im Wesentlichen nicht auf Erdöl basieren und umweltverträglich sind und Vorteile für die Energiesicherheit. Ab 1993 können auch Hersteller dieser anderen Kraftfahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen, die die Qualifikationsanforderungen erfüllen, von einer Sonderbehandlung bei der Berechnung ihres CAFE profitieren.

1994: Benzin-Gallonen-Äquivalent

1994 führte das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) Benzin-Gallonen-Äquivalent (GGE) als Maß für den Kraftstoffverbrauch von Erdgasfahrzeugen ein . NIST definiert ein Benzin-Gallonen-Äquivalent (GGE) als 5,660 Pfund Erdgas und ein Benzin-Liter-Äquivalent (GLE) als 0,678 Kilogramm Erdgas.

2000: Erdöläquivalenter Kraftstoffverbrauch

Energieeffizienz ausgewählter Elektroautos, die zwischen 1996 und 2003 in Kalifornien geleast wurden :

In den späten 1990er und frühen 2000er Jahren wurden aufgrund des Mandats des California Air Resources Board (CARB) für kraftstoffeffizientere emissionsfreie Fahrzeuge mehrere Elektroautos in begrenzten Stückzahlen produziert . Beliebte in Kalifornien erhältliche Modelle waren der General Motors EV1 und der Toyota RAV4 EV . Die US-DoE- und EPA-Einstufung für die Energieeffizienz an Bord dieser Elektrofahrzeuge wurde als Kilowattstunde / Meile ( KWh /mi ) ausgedrückt , die in Wissenschaft und Technik am häufigsten bekannte Kennzahl zur Messung des Energieverbrauchs und als Abrechnungseinheit für Energie verwendet von Elektrizitätswerken an Verbraucher geliefert .

Um den vom US-Kongress 1975 vorgeschriebenen Corporate Average Fuel Economy (CAFE)-Vorschriften zu entsprechen , hat das US-Energieministerium im Juli 2000 eine Methode zur Berechnung des erdöläquivalenten Kraftstoffverbrauchs von Elektrofahrzeugen auf einem Well-to-Wheel- Basis. Die Methodik berücksichtigt die vorgelagerte Effizienz der an den beiden Brennstoffkreisläufen beteiligten Prozesse. Der Energiegehalt von Benzin wird von 33.705 Wh/Gallone auf 83% davon oder etwa 27.975 Wh/Gallone Well-to-Tank reduziert, um den Energieverbrauch bei der Veredelung und Verteilung zu berücksichtigen. Ebenso sinkt der Energiewert von Strom aus fossilen Brennstoffen auf 30,3 % aufgrund von Energieverlusten bei der Erzeugung und Übertragung im Landesdurchschnitt. Dieser wird auf den bisherigen Benzinwert normiert, so dass sich ein kraftstoffäquivalenter Energiegehalt des Stroms von nur 12.307 Wh/gal ergibt.

Die Formel beinhaltet auch einen "Kraftstoffgehaltsfaktor" von 1/0,15 (ca. 6,667) zugunsten von Elektrofahrzeugen, wodurch der Wert von 12.307 auf 82.049 Wh/gal angehoben wird. Dieser Belohnungsfaktor soll einen Anreiz für Fahrzeughersteller bieten, Elektrofahrzeuge zu produzieren und zu verkaufen, da ein höherer gleichwertiger Kraftstoffverbrauch für Elektrofahrzeuge den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeughersteller insgesamt bei Einhaltung der CAFE-Standards verbessert, und der Kongress erwartete, dass ein solcher Anreiz helfen würde die Kommerzialisierung von Elektrofahrzeugen beschleunigen. Der vom DoE für Elektrofahrzeuge gewählte Anreizfaktor ist derselbe Faktor von 1/0,15, der bereits bei der regulatorischen Behandlung anderer Arten von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen angewendet wird . Wenn alle Faktoren in der DoE-Formel berücksichtigt werden, steigt die Energieeffizienz oder der äquivalente Kraftstoffverbrauch von Elektrofahrzeugen, berechnet in Meilen pro Erdöl-Äquivalenzfaktor von 82.049 Wh/Gallone und nicht in Meilen pro dem üblichen Benzin-Gallone-Äquivalent von 33.705 Wh/Gallone , für CAFE-Gutschriften an Hersteller.

2007: X-Preis

Der Wettbewerb Automotive X Prize sollte die Entwicklung von Automobilen fördern, die 100 Meilen mit einer Gallone Benzin (mpg) fahren können. Der Vergleich von Elektrofahrzeugen mit Fahrzeugen mit eigenem Motor wurde diskutiert, da die Vorstellung eines Meilen-pro-Gallone-Äquivalents als Metrik für Elektrofahrzeuge den Wettbewerb für Elektrofahrzeuge trivial und eine entsprechende Meilen pro Gallone als Metrik für die anderen extrem schwierig machte für die anderen. Die Miastrada Company hat vergeblich argumentiert, dass dies den Zweck des Wettbewerbs verfehlt. Im April 2007 wurde MPGe als Teil des auf der New York Auto Show veröffentlichten Entwurfs der Wettbewerbsrichtlinien als Hauptverdienstkennzahl für den Progressive Insurance Automotive X Prize bekannt gegeben , einem von der X Prize Foundation entwickelten Wettbewerb für supereffiziente Fahrzeuge, die erreichen können mindestens 100 MPGe. Im Februar 2009 gab Consumer Reports bekannt, dass sie im Rahmen einer Partnerschaft mit der X Prize Foundation planen, MPGe als eine von mehreren Maßnahmen zu melden, die den Verbrauchern helfen sollen, die Fahrzeugeffizienz von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen zu verstehen und zu vergleichen .

2010–2011: Meilen pro Gallonenäquivalent

Altes Monroney-Etikett für Elektroautos, das in auffälliger größerer Schrift die Kraftstoffverbrauchsbewertung in kWh/100 Meilen für den Mini E 2009 zeigt .

Neues Monroney-Label für Elektroautos, das in prominenter größerer Schrift die Kraftstoffeffizienzbewertung in Meilen pro Gallone Benzinäquivalent für den 2011er Nissan Leaf zeigt . Die Bewertung in kWh/100 Meilen wird unter MPG-e in kleinerer Schrift angezeigt.

Wie vom Energy Independence and Security Act (EISA) von 2007 gefordert , sollten mit der Einführung fortschrittlicher Technologiefahrzeuge in den USA neue Informationen in das Monroney-Label von im Land verkauften Neuwagen und leichten Nutzfahrzeugen aufgenommen werden, wie z auf Kraftstoffverbrauch , Treibhausgasemissionen und andere Luftschadstoffe . Die US-Umweltschutzbehörde und die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) haben eine Reihe von Studien durchgeführt, um herauszufinden, wie dieses Label am besten neu gestaltet werden kann, um Verbrauchern einfache Energie- und Umweltvergleiche für alle Fahrzeugtypen, einschließlich batterieelektrischer Fahrzeuge (BEV .), zu ermöglichen ), Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) und konventionelle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor , die mit Benzin und Diesel betrieben werden, um den Verbrauchern bei der Entscheidung für effizientere und umweltfreundlichere Fahrzeuge zu helfen. Diese Änderungen sollen ab Modelljahr 2012 bei Neufahrzeugen eingeführt werden.

Die EPA-Bewertung für die Energieeffizienz an Bord von Elektrofahrzeugen vor 2010 wurde in Kilowattstunden pro 100 Meilen (kWh/100 Meilen) ausgedrückt . Der Fensteraufkleber des Mini E 2009 zeigte einen Energieverbrauch von 33 kWh/100 mi (740 J/m) für den Stadtverkehr und 36 kWh/100 mi (810 J/m) auf der Autobahn, technisch entspricht das technisch 102 mpg City und 94 mpg Autobahn. Der Tesla Roadster 2009 wurde mit 32 kWh/100 mi (720 J/m) in der Stadt und 33 kWh/100 mi (740 J/m) auf der Autobahn bewertet, was 105 mpg Stadt und 102 mpg Autobahn entspricht.

Als Teil des Forschungs- und Neugestaltungsprozesses führte die EPA Fokusgruppen durch, in denen den Teilnehmern verschiedene Möglichkeiten präsentiert wurden, den Stromverbrauch von Plug-in-Elektrofahrzeugen auszudrücken . Die Untersuchung zeigte, dass die Teilnehmer das Konzept einer Kilowattstunde als Maß für den Stromverbrauch trotz der Verwendung dieser Einheit in ihrer monatlichen Stromrechnung nicht verstanden. Stattdessen bevorzugten die Teilnehmer ein Meilen-pro-Gallone-Äquivalent, MPGe, als Metrik zum Vergleich mit den bekannten Meilen pro Gallone, die für Benzinfahrzeuge verwendet werden. Die Studie kam auch zu dem Schluss, dass die Kennzahl kWh pro 100 Meilen für Fokusgruppenteilnehmer verwirrender war als eine Meilen pro kWh. Basierend auf diesen Ergebnissen beschloss die EPA, die folgenden Kraftstoffverbrauchs- und Kraftstoffverbrauchskennzahlen auf den neu gestalteten Etiketten zu verwenden: MPG (Stadt und Autobahn und kombiniert); MPGe (Stadt und Autobahn und kombiniert); Gallonen pro 100 Meilen; kWh pro 100 km.

Das vorgeschlagene Design und der endgültige Inhalt für zwei Optionen des neuen Aufkleberetiketts, das im Jahr 2013 für Autos und Lastwagen des Modelljahrs eingeführt werden sollte, wurden 2010 60 Tage lang mit der Öffentlichkeit konsultiert, und beide beinhalten Meilen pro Gallone Äquivalent und kWh pro 100 Meilen als Kraftstoffverbrauchskennzahlen für Plug-in-Autos, aber in einer Option sind MPGe und die jährlichen Stromkosten die beiden wichtigsten Kennzahlen. Im November 2010 führte die EPA MPGe als Vergleichsmetrik auf ihrem neuen Aufkleber für den Kraftstoffverbrauch für den Nissan Leaf und den Chevrolet Volt ein .

Typisches Etikett für Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge, ausgedrückt in MPGe, obligatorisch ab Modelljahr 2013 .

Im Mai 2011 haben die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) und die EPA eine gemeinsame endgültige Regelung erlassen, die neue Anforderungen für ein Kraftstoffverbrauchs- und Umweltlabel festlegt, das ab dem Modelljahr 2013 für alle neuen Pkw und Lkw obligatorisch ist . Das Urteil umfasst neue Etiketten für auf dem US-Markt erhältliche Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff und alternativem Antrieb , wie Plug-in-Hybride , Elektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit flexiblem Brennstoff, Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen und Erdgasfahrzeuge . Die übliche Kennzahl für den Kraftstoffverbrauch, die verwendet wird, um den Vergleich von Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff und fortschrittlicher Technologie mit Fahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor zu ermöglichen , beträgt Meilen pro Gallone Benzinäquivalent (MPGe). Eine Gallone Benzinäquivalent bedeutet die Anzahl Kilowattstunden Strom, Kubikfuß komprimiertes Erdgas (CNG) oder Kilogramm Wasserstoff , die der Energie in einer Gallone Benzin entspricht.

Die neuen Etiketten zeigen auch zum ersten Mal eine Schätzung, wie viel Kraftstoff oder Strom es braucht, um 100 Meilen (160 km) zu fahren, und stellen US-Verbrauchern den Kraftstoffverbrauch pro zurückgelegter Strecke vor, eine in anderen Ländern übliche Kennzahl. EPA erklärte, dass das Ziel darin besteht, die traditionelle Metrik "Meilen pro Gallone" zu vermeiden, die potenziell irreführend sein kann, wenn Verbraucher Verbesserungen beim Kraftstoffverbrauch vergleichen und als "MPG-Illusion" bekannt sind.

Wie oben erwähnt, kommt es in der Öffentlichkeit häufig zu Verwirrung und Fehlinterpretation zwischen den beiden Arten der "Kraftstoffeffizienz". Der Kraftstoffverbrauch misst, wie weit ein Fahrzeug pro Kraftstoffmenge (Einheiten von MPGe) fährt. Der Kraftstoffverbrauch ist der Kehrwert des Kraftstoffverbrauchs und misst den Kraftstoffverbrauch für eine festgelegte Distanz (Einheiten von gal/100 Meilen oder kWh/100 Meilen). Die Einheit Gal/100 Meilen wird in einigen EPA-Broschüren genau als Kraftstoffverbrauch beschrieben, aber diese Einheit erscheint im Abschnitt zum Kraftstoffverbrauch des Monroney-Etiketts (das den Begriff Kraftstoffverbrauch nicht verwendet).

Beschreibung

Die Meilen pro Gallone Benzinäquivalent basieren auf dem Energiegehalt von Benzin. Die Energie, die durch die Verbrennung einer US-Gallonen Benzin gewonnen wird, beträgt 115.000 BTU, 33,70 kWh oder 121,3 MJ.

Um die Meile pro Gallone in andere Einheiten der Entfernung pro verbrauchter Energieeinheit umzurechnen, kann der Meile pro Gallone Wert mit einem der folgenden Faktoren multipliziert werden, um andere Einheiten zu erhalten:

1 MPGe	≈ 1 mi / (33,70  kW · h )
	≈ 8,696 Meilen/(Millionen  BTU )
	≈ 0,02967 Meilen/ kW·h
	≈ 0,04775 km/kW·h
	≈ 0,013 km/MJ

Umwandlung in MPGe

MPGe wird durch Umrechnen des Fahrzeugverbrauchs pro Distanzeinheit, wie er durch Computermodellierung oder Abschluss eines tatsächlichen Fahrzyklus bestimmt wird, von seinen nativen Einheiten in ein Benzinenergieäquivalent bestimmt. Beispiele für native Einheiten sind W·h für Elektrofahrzeuge, kg-H2 für Wasserstofffahrzeuge, Gallonen für Biodiesel- oder Flüssigerdgasfahrzeuge , Kubikfuß für komprimierte Erdgasfahrzeuge und Pfund für Propan- oder Flüssiggasfahrzeuge . Sonderfälle für bestimmte alternative Kraftstoffe werden unten diskutiert, aber eine allgemeine Formel für MPGe lautet:

${\displaystyle {\text{MPGe}}={\frac {\text{Gesamtkilometer}}{\left[{\frac {\text{Gesamtenergie aller verbrauchten Kraftstoffe}}{\text{Energie einer Gallone Benzin}}}\right]}}={\frac {({\text{Gesamtkilometer}})\times ({\text{Energie einer Gallone Benzin}})}{\text{Gesamtenergie von alle Kraftstoffe verbraucht}}}}$

Für EPA berücksichtigt dies den Tank-to-Wheel-Energieverbrauch für Flüssigkeiten und den Wall-to-Wheel-Energieverbrauch für Strom, dh es wird die Energie gemessen, für die der Eigentümer normalerweise bezahlt. Bei Elektrofahrzeugen beinhalten die Energiekosten die Umwandlung von Wechselstrom zum Laden der Batterie. Die in den Fensteraufklebern angezeigten EPA MPGe-Bewertungen berücksichtigen nicht den vorgelagerten Energieverbrauch, der die Energie oder den Brennstoff umfasst, die zur Stromerzeugung oder zur Gewinnung und Herstellung des flüssigen Brennstoffs erforderlich sind; die Energieverluste aufgrund der Leistungsübertragung; oder die Energie, die für den Transport des Brennstoffs vom Bohrloch zur Station verbraucht wird.

Grundwerte für den Energiegehalt verschiedener Brennstoffe ergeben sich aus den Vorgaben des GREET-Modells (Greenhouse Gase, Regulierte Emissionen, and Energy used in Transportation) des Energieministeriums wie folgt:

Hinweis: 1 kWh entspricht 3.412 BTU

Der Energiegehalt eines bestimmten Kraftstoffs kann aufgrund seiner spezifischen Chemie und Herstellungsmethode etwas variieren. Zum Beispiel in den neuen Effizienzklassen, die von der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde EPA für batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) entwickelt wurden – siehe unten – der Energieinhalt einer Gallone von Benzin wird mit 114.989,12 BTU oder 33,7 kWh angenommen.

Konvertierung in MPG nach Kosten

Die Meilen-pro-Gallone-Äquivalentkosten eines Fahrzeugs mit alternativem Kraftstoff können durch eine einfache Formel berechnet werden, um die MPG-Betriebskosten (und nicht den Energieverbrauch von MPGe) mit herkömmlichen Fahrzeugen direkt zu vergleichen, da die Ressourcenkosten von Region zu Region erheblich variieren. Als Referenz lautet die vollständige Gleichung:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\ text{unit}}} \over {\text{capacity(unit)}}}\times {{\text{capacity(unit)}} \over [({\text{EnergyQuotent}}\times 100)\div { \text{MPGe}}]\div 100}}$

Auch für diejenigen, die kWh/100 mi bevorzugen, ist ein Äquivalent einfach:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={\Bigl (}{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\text{kWh}}}{\Bigr)}\div {{\text{kWh}}/100~{\text{mi}} \over 100~{\text{mi}}}}$

Diese Gleichung reduziert sich auf eine einfache Formel, die nur mit der Kapazität der Kraftstoffquelle und ihrer möglichen Reichweite arbeitet, um Fahrzeuge zu vergleichen. Mit Ihren lokalen Benzintarifen und Ihrer Kraftstoffquelle können Sie die Betriebskosten Ihres Fahrzeugs mit alternativen Kraftstoffen direkt mit einem Benzinmotormodell mit den folgenden Punkten vergleichen:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over unit} \over {\text{Kapazität(Einheit)}}}\times {\text{mi}}}$

Die Formel beinhaltet die inhärente Effizienz des Fahrzeugs, da die Reichweite einer bestimmten Kraftstoffquellenkapazität direkt die EPA-Prüfung darstellt, sie wird dann unabhängig von Gewicht, Fahrzeuggröße, Luftwiderstandsbeiwert und Rollwiderstand universell, da diese die Reichweite direkt beeinflussen möglich und werden abgerechnet. Fahrstil und Wetterbedingungen können berücksichtigt werden, indem die erreichte Reichweite anstelle der beworbenen Reichweite für die Berechnung verwendet wird.

Die Formel funktioniert, indem sie herleitet, wie viel alternativer Kraftstoff für die Kosten einer einzigen Gallone Benzin gekauft werden kann, und ein Verhältnis dieser Menge im Vergleich zur Speicherkapazität des Fahrzeugs erstellt und dieses Verhältnis dann mit der möglichen Reichweite des Fahrzeugs multipliziert. Das Ergebnis ist die Anzahl der Meilen, die das Fahrzeug mit alternativem Kraftstoff zu den gleichen Kosten einer einzigen Gallone Benzin zurücklegt.

Die Endberechnung ergibt eine MPG-Einheit und ist direkt vergleichbar mit den Kraftstoffkosten eines Fahrzeugs mit Standard-Verbrennungsmotor für sein bewertetes MPG.

Beispiele

Die Formel mit den richtigen Einheiten für ein BEV oder PHEV im rein elektrischen Modus lautet wie folgt.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\ text{kWh}}} \over {\text{Ladung(kWh)}}}\times {\text{mi}}}$

Unter Verwendung der Annahmen der EPA 2018 Fuel Economy Guides für den nationalen Durchschnittspreis von 2,56 USD/Gallone Normalbenzin und 0,13 USD/kWh können wir ein Fahrzeug berechnen, das eine Effizienz von 84 MPGe oder 40 kW/100 Mi hat und eine 16,5-kW-EV-Batterie hat, davon 13,5 kWh ist für elektrisches Fahren mit einer angekündigten Reichweite von 33 Meilen pro Ladung verwendbar.

Hinweis: Die Verwendung der Batteriegröße anstelle der nutzbaren Ladung ergibt einen konservativen Wert. Die Verwendung der tatsächlichen Ladung und der tatsächlich gefahrenen Reichweite führt zu tatsächlicher Wirtschaftlichkeit.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$2,56 \over {\text{gal}}}\div {\$0,13 \over {\ text{kWh}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}\times 33.75~{\text{mi}}}$

Berechnen Sie, wie viele kWh pro Gallone

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{19.69~{\text{kWh}}/{\text{gal}}} \over 13.5 ~{\text{kWh}}}=1,46~{\text{Ladungen}}\times 33,75~{\text{mi}}=49,2~{\text{MPG}}}$

Jetzt das gleiche Fahrzeug, bei dem Benzin mit einem Wert von 3,20 USD / Gallone und Strom 0,085 USD / kWh beträgt.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$3,20 \over {\text{gal}}}\div {\$0,085 \over {\ text{kWh}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}\times 33.75~{\text{mi}}}$

Berechnen Sie, wie viele kWh pro Gallone

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{37.65~{\text{kWh}}/{\text{gal}}} \over 13.5 ~{\text{kWh}}}=2,78~{\text{Ladungen}}\times 33,75~{\text{mi}}=94,1~{\text{MPG}}}$

Elektro- und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge

Monroney-Etikett, das die Kraftstoffverbrauchswerte der EPA für das 2011er Smart ED- Elektroauto zeigt .

Zwischen 2008 und 2010 begannen mehrere große Automobilhersteller mit der Kommerzialisierung von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs), die ausschließlich mit Strom betrieben werden, und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEVs), die Elektrizität zusammen mit einem flüssigen Kraftstoff verwenden, der in einem bordeigenen Kraftstofftank gespeichert ist , normalerweise Benzin, aber es kann auch von Diesel- , Ethanol- oder Flex-Fuel- Motoren angetrieben werden.

Für batterieelektrische Fahrzeuge basiert die Formel der US-Umweltschutzbehörde zur Berechnung des Well-to-Wheel-MPGe auf Energiestandards, die vom US-Energieministerium im Jahr 2000 festgelegt wurden: -durchschnittlicher Kraftstoffverbrauch (CAFE) aber nicht für Fensteraufkleber (Monroney) Kraftstoffverbrauch. Für den Kraftstoffverbrauch von Monroney lautet die Gleichung

${\displaystyle MPGe={\frac {E_{G}}{E_{M}\cdot E_{E}}}={\frac {33\,705{\text{ Wh/Gallone}}_{\text{ USA}}}{E_{M}}}}$

wo

${\displaystyle MPGe}$wird in Meilen pro Gallone Benzinäquivalent ausgedrückt (wie auf dem Monroney-Etikett angegeben )

${\displaystyle E_{G}=}$Energiegehalt pro Gallone Benzin = 115.000 Btu /Gallone, wie vom US DoE festgelegt und vom Alternative Fuel Data Center gemeldet.

${\displaystyle E_{M}=}$Elektrischer Energieverbrauch von Wand zu Rad pro Meile ( Wh /mi), gemessen durch die fünf Standard-Fahrzyklustests der EPA für Elektroautos und SAE-Testverfahren

${\displaystyle E_{E}=}$ Umrechnungsfaktor für Energieeinheiten (gerundet) = 3,412 Btu/Wh

Die von der EPA zur Berechnung ihrer bewerteten MPGe verwendete Formel berücksichtigt keinen vorgelagerten Kraftstoff oder Energieverbrauch, wie die Erzeugung und Übertragung von elektrischer Energie oder den Well-to-Wheel- Lebenszyklus, da der Vergleich der EPA mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor erfolgt eine Tank-to- Wheel- oder Batterie-to-Wheel-Basis.

Das California Air Resources Board verwendet einen anderen Dynamometertest als die EPA und betrachtet neu formuliertes Benzin, das in diesem Staat verkauft wird. Für CARB-Schätzungen lautet die Formel:

${\displaystyle MPGe={\frac {E_{G}}{E_{M}\cdot E_{E}}}={\frac {32\,600{\text{ Wh/Gallone}}_{\text{ USA}}}{E_{M}}}}$

Der neue SAE J1711-Standard zur Messung der Abgasemissionen und des Kraftstoffverbrauchs von Hybrid-Elektrofahrzeugen und Plug-in-Hybriden wurde im Juli 2010 genehmigt. Die empfohlenen Verfahren für PHEVs wurden am Argonne National Laboratory überarbeitet und die neue EPA-Vorschrift zur Definition der Berichterstattung zum PHEV-Kraftstoffverbrauch Es wird erwartet, dass das Protokoll auf SAE J1711 basiert. Im November 2010 beschloss die EPA, den Elektromodus und den reinen Benzinmodus getrennt zu bewerten, und dies sind die beiden Zahlen, die prominent auf dem Fensteraufkleber des Chevrolet Volt 2011 angezeigt werden . Im Elektromodus wird die Leistung des Volt mit der gleichen Formel wie bei einem Elektroauto geschätzt. Die Gesamt- oder zusammengesetzte Kraftstoffverbrauchsbewertung, die Strom und Benzinbetriebene kombiniert, wird im Monroney-Label in einer viel kleineren Art und als Teil des Vergleichs des Kraftstoffverbrauchs des Volt zwischen allen Fahrzeugen und innerhalb von Kompaktwagen angezeigt . Die EPA hat mehrere Methoden zur Bewertung des Gesamtkraftstoffverbrauchs von PHEVs in Betracht gezogen, aber bis Februar 2011 hat die EPA noch nicht die endgültige Methode bekannt gegeben, die zur Schätzung der durchschnittlichen Kraftstoffverbrauchsgutschriften (CAFE) des neuen Herstellers für die Jahre 2012-2016 für Plug-in-Hybride.

Beispiele

Im November 2010 hat die EPA damit begonnen, "MPGe" in ihren neuen Aufkleber für Kraftstoffverbrauchs- und Umweltvergleiche aufzunehmen. Die EPA bewertete das Elektroauto Nissan Leaf mit einem kombinierten Kraftstoffverbrauch von 99 MPGe und den Chevrolet Volt Plug-in-Hybrid mit einem kombinierten Kraftstoffverbrauch von 93 MPG im vollelektrischen Modus , 37 MPG bei reinem Benzinbetrieb und an Gesamtkraftstoffverbrauchsbewertung von 60 mpg-US (3,9 L/100 km) kombiniert Energie aus Strom und Benzin. Für beide Fahrzeuge berechnete die EPA die MPGe-Bewertung im Rahmen ihrer Fünf-Zyklen-Tests unter Verwendung der zuvor gezeigten Formel mit einem Umrechnungsfaktor von 33,7 kW-h Strom, der dem Energieäquivalent einer Gallone Benzin entspricht.

Vollelektrische Autos

Die folgende Tabelle vergleicht die offiziellen EPA- Bewertungen für den Kraftstoffverbrauch ( Meilen pro Gallone Benzinäquivalent , mpg-e, für Plug-in-Elektrofahrzeuge ) für serienmäßige vollelektrische Pkw, die von der EPA ab November 2016 bewertet wurden, mit den von der EPA bewerteten meisten Kraftstoffen sparsamer Plug-in-Hybrid mit langer Reichweite ( Chevrolet Volt - zweite Generation ), benzinelektrisches Hybridauto ( Toyota Prius Eco - vierte Generation ) und EPAs durchschnittliches neues 2016-Fahrzeug mit einem Kraftstoffverbrauch von 25 mpg - _US (9,4 .) l/100 km; 30 mpg _‑imp ). Die Hersteller testen ihre eigenen Fahrzeuge – in der Regel Vorserien-Prototypen – und melden die Ergebnisse an die EPA. Die EPA überprüft die Ergebnisse und bestätigt etwa 15-20% davon durch eigene Tests im National Vehicles and Fuel Emissions Laboratory.

Plug-in-Hybride

Die folgende Tabelle vergleicht die von der EPA geschätzten Kraftstoffkosten aus eigener Tasche und den Kraftstoffverbrauch von Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen aus Serienproduktion, die von der EPA im Januar 2017 bewertet wurden, ausgedrückt in Meilen pro Gallone Benzinäquivalent (mpg-e), mit dem meisten Kraftstoff effizientes Benzin-Elektro-Hybridauto , der Toyota Prius Eco von 2016 (vierte Generation) mit einer Bewertung von 56 mpg- _US (4,2 l/100 km; 67 mpg- _imp ) und das durchschnittliche neue 2016-Fahrzeug der EPA mit einem Kraftstoffverbrauch von 25 mpg _-US (9,4 l/100 km; 30 mpg _-imp ). Die Tabelle zeigt auch die Kraftstoffeffizienz von Plug-in-Hybriden im reinen Elektromodus, ausgedrückt in KWh/100 Meilen, der Kennzahl, die von der EPA vor November 2010 zur Bewertung von Elektroautos verwendet wurde.

Brennstoffzellenfahrzeuge

Die folgende Tabelle vergleicht den Kraftstoffverbrauch der EPA in Meilen pro Gallone Benzinäquivalent (MPGe) für die beiden Modelle von Wasserstoff- Brennstoffzellenfahrzeugen, die von der EPA ab September 2021 bewertet wurden und in Kalifornien erhältlich sind.

Konvertierung mit GGE

Das gleiche Verfahren kann auf jedes andere Fahrzeug mit alternativem Kraftstoff angewendet werden, wenn der Energieverbrauch dieses Fahrzeugs bekannt ist. Im Allgemeinen wird der Energieverbrauch des Fahrzeugs in anderen Einheiten als W·h/Meile oder Btu/Meile ausgedrückt, sodass zusätzliche Berechnungen erforderlich sind, um in ein Benzin-Gallonen-Äquivalent (GGE) umzurechnen, wobei 33,7 kWh / Gallone = 114989,17 Btu / Gallone verwendet werden.

Wasserstoff-Beispiel mit GGE

Der 2008 Honda FCX Clarity wird mit einem Fahrzeugverbrauch von 72 mi/kg- H . beworben
₂. Wasserstoff bei atmosphärischem Druck hat eine Energiedichte von 120 MJ /kg (113.738 BTU/kg), indem man diese Energiedichte in einen GGE umwandelt, wird festgestellt, dass 1,011 kg Wasserstoff benötigt werden, um die äquivalente Energie einer Gallone Benzin zu decken. Mit diesem Umrechnungsfaktor kann nun die MPGe für dieses Fahrzeug berechnet werden.

${\displaystyle MPGe=MPkg_{H_{2}}\times {GGE}}$,

${\displaystyle MPGe=72{\frac {mi}{kg_{H_{2}}}}\times {1.011{\frac {kg_{H_{2}}}{Gallone_{Benzin}}}}=72.8MPGe}$

Ökobilanz

Pumpe/Well-to-Wheel

Die EPA-Meilen-pro-Gallone-Äquivalent-Metrik, die auf dem Fensteraufkleber angezeigt wird, misst nicht die Energieeffizienz eines Fahrzeugs über den gesamten Zyklus oder den Lebenszyklus von der Welle bis zum Rad . Vielmehr stellt die EPA MPGe in gleicher Weise wie MPG für konventionelle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor dar , wie auf der Monroney-Plakette angegeben , und in beiden Fällen berücksichtigt die Bewertung nur den Energieverbrauch von Pumpe zu Rad oder von Wand zu Rad, dh es ist misst die Energie, für die der Eigentümer normalerweise bezahlt. Bei Elektrofahrzeugen beinhalten die Energiekosten die Umwandlung von Wechselstrom aus der Wand, die zum Laden der Batterie verwendet wird der flüssige Brennstoff; die Energieverluste aufgrund der Leistungsübertragung; oder die Energie, die für den Transport des Brennstoffs vom Bohrloch zur Station verbraucht wird.

Petroleum-Äquivalenzfaktor (PEF) – eine CAFE-Metrik

Im Jahr 2000 hat das Energieministerium der Vereinigten Staaten (DOE) die Methodik zur Berechnung des erdöläquivalenten Kraftstoffverbrauchs von Elektrofahrzeugen basierend auf dem Well-to-Wheel- (WTW-)Benzinäquivalent-Energiegehalt von Elektrizität (z. B.) festgelegt. Die Methodik berücksichtigt die vorgelagerte Effizienz der Prozesse, die an den beiden Brennstoffkreisläufen beteiligt sind, und berücksichtigt die nationalen durchschnittlichen Stromerzeugungs- und Übertragungseffizienzen, da ein batterieelektrisches Fahrzeug seinen Brennstoff (hauptsächlich fossile Brennstoffe) außerhalb des Kraftwerks verbrennt. Diese Methode wird von Automobilherstellern verwendet, um Gutschriften in ihren gesamten durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch (CAFE) für die Herstellung von Fahrzeugen mit Elektroantrieb einzuschätzen .

Die Gleichungen zur Bestimmung des erdöläquivalenten Kraftstoffverbrauchs von Elektrofahrzeugen lauten wie folgt:

PEF = zB * 1/0,15 * AF * DPF

wo:

PEF = Erdöläquivalenter Kraftstoffverbrauch

Bsp. = Benzin-äquivalenter Energiegehalt des Stromfaktors

1/0,15 = Faktor "Kraftstoffgehalt" oder Anreizfaktor. Das DoE hat diesen Wert gewählt, um die Übereinstimmung mit bestehenden behördlichen und gesetzlichen Verfahren zu wahren und um Herstellern aller Arten von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen eine ähnliche Behandlung zu bieten

AF = erdölbetriebener Zubehörfaktor

DPF = Fahrmusterfaktor

Der Benzin-äquivalente Energiegehalt des Stromfaktors, abgekürzt als Eg, ist definiert als:

B. = Benzin-äquivalenter Energiegehalt des Stroms = (Tg * Tt * C) / Tp

wo:

Tg = US-Durchschnittseffizienz der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen = 0,328

Tt = US-durchschnittliche Stromübertragungseffizienz = 0,924

Tp = Raffinations- und Verteilungseffizienz von Erdöl = 0,830

C = Wattstunden Energie pro Gallone Benzin Umrechnungsfaktor = 33.705 Wh/gal

ZB = (0,328 * 0,924 * 33705)/0,830 = 12.307 Wh/gal

PEF = zB * 1/0,15 * AF * DPF = 12.307 Wh/gal/0,15 * AF * DPF

PEF = 82.049 Wh/gal * AF * DPF

Der erdölbetriebene Zubehörfaktor AF ist gleich 1, wenn das Elektrofahrzeug kein erdölbetriebenes Zubehör installiert hat, und 0,90, wenn dies der Fall ist.

Der Fahrmusterfaktor DPF ist gleich 1, da das DoE davon ausgeht, dass Elektrofahrzeuge, die für die Aufnahme in CAFE in Frage kommen, ähnliche Fähigkeiten wie konventionelle Fahrzeuge bieten, vielleicht mit Ausnahme der Reichweite.

Im Beispiel des US DoE in seiner endgültigen Regel führte ein Elektroauto mit einem Energieverbrauch von 265 Wattstunden pro Meile im Stadtverkehr und 220 Wattstunden pro Meile auf der Autobahn zu einem Kraftstoffverbrauch von 335,24 Meilen pro Gallone, basierend auf einem Fahrplanfaktor von 55 Prozent Stadt- und 45 Prozent Autobahn und unter Verwendung eines Erdöläquivalenzfaktors von 82.049 Wattstunden pro Gallone.

Siehe auch

• Alternativer Antrieb
• Durchschnittlicher Kraftstoffverbrauch des Unternehmens (CAFE)
• Wirkungsgrad der Energieumwandlung
• Energiedichte
• Kraftstoffeffizienz im Transport
• Benzin-Gallonen-Äquivalent (GGE)
• Liste ungewöhnlicher Maßeinheiten

Anmerkungen

Verweise

Externe Links

• eGallon-Rechner: Vergleichen Sie die Kosten für das Fahren mit Strom , US-Energieministerium
• Modelljahr 2014 Fuel Economy Guide , US Environmental Protection Agency und US Department of Energy , April 2014.