Elektroantrieb
Ich recherchiere gerade im Internet über Elektroantiebe in Autos. Habe da aber ab und zu Fragen auf die ich keine Antwort finden kann. Ich wäre sehr dankbar, wenn einer von euch mir helfen könnte.
1) Wie stark muss ein E-Motor sein um einen Wagen (sagen wir 1 Tonne schwer) normal zu bewegen? Normal in dem Fall beudetet genauso gut wie mit einem Verbrennungsmotor von 40 kw. Man könnte ja auch einen E-Motor mit 40kw nehmen. Leider wiegt er sehr viel und diese Leistung wird kaum gebraucht.
2) Wenn man an jedem Rad einen E-Motor hat, braucht man weniger Kraft um das Auto zu bewegen? Die Last wird doch besser verteilt.
47 Antworten
Das ist eine recht umfangreiche materie, du solltest eventuell auch eingrenzen worum es dir genau geht.
Generell wird ja nicht angenommen, das reine elektroantriebe mittelfristig eine große rolle spielen werden.
Bei der hybridtechnik sieht das schon anders aus, THS HSD und IMA sollten hier gängige abkürzungen sein.
Im prinzip ist die frage nach "normaler" bewegung nicht beantwortbar, da ein elektrischer antrieb grundlegend andere charakteristika hat als ein verbrenner. Das feld der elektrischen antriebsmaschinen ist relativ groß, von einfachen pulsweitenmodulierten gleichspannungsantrieben bis zu IGBTransistorbasierten drehstromsystemen, außen- oder innenpolmaschinen, radnabensysteme etc.
Nach dem stand der technik verhält es sich wohl so, das ein elektrischer antrieb ab drehzahl 0 volles drehmoment liefert. Für die endgeschwindigkeit ist die reine leistung ausschlaggebend.
Ich denke mal die zweite frage erübrigt sich beim 3. überlesen- mit dem gedanken im hinterkopf das gewicht und masse 2 paar schuhe sind.
Mitsubishi ist dort wohl in der Frage der Elekroantriebe am weitesten. Es scheinen sich auch enorme Traktionsvorteile für den Vierradantrieb abzuzeichnen, da, logisch, die Antriebe ohne Differetial betrieben werden können und ABS Und ASR leicht elktronisch realisiert werden können.
4x 10kW dezentrale Radnaben-E-motoren sind auch kleiner, leichter, billiger als 1 x 40kW E-motor mit Gelenkwellen, Ausgleichsgetriebe, Verteilergetriebe.
In der Praxis werden, aber eher 2x 11kW)mit 2x 8kW in Reserve an der Hinterachse) für ordentliche Fahrleistungen genügen. Vergiß bitte nicht, daß kaum mechanische Verluste und so gut wie keine Reibungsverluste auftreten.
Der letzte Schrei war eben ein kombinierter Reihenschluß/Parallelschlußmotor. Der Reihenschluß hat ein enormes Startdrehmoment, ist aber obenrum dünn, der Parallelschlußmotor hat oben mehr Drehmoment. Also für Beschleunigung von 80 auf 120 braucht bloß die Statorspule umgeschaltet werden und man hat wieder eine angepaßte Leistungskurve. Ist auch wesentlich einfacher, als beim Verbrenner mal bei 80 km/h die Nockenwelle zu wechseln.
Generell werden solche Autos billiger zu produzieren sein mit mehr Platz. Das Problem sind immer noch die Energiespeicher. Ob Gel-Akku, Li-Ionen, niMH, oder Brennstoffzelle - da scheiden sich die Geister.
Übrigens hat so ein E-Konzept immer die Vorteile des Hybriden: der "tankt" immer beim bremsen auf allen vie Rädern, braucht aer dennoch bloß eine Sorte Motor.
Zitat:
Original geschrieben von ichtier
Das ist eine recht umfangreiche materie, du solltest eventuell auch eingrenzen worum es dir genau geht.
Generell wird ja nicht angenommen, das reine elektroantriebe mittelfristig eine große rolle spielen werden.
Bei der hybridtechnik sieht das schon anders aus, THS HSD und IMA sollten hier gängige abkürzungen sein.
Im prinzip ist die frage nach "normaler" bewegung nicht beantwortbar, da ein elektrischer antrieb grundlegend andere charakteristika hat als ein verbrenner. Das feld der elektrischen antriebsmaschinen ist relativ groß, von einfachen pulsweitenmodulierten gleichspannungsantrieben bis zu IGBTransistorbasierten drehstromsystemen, außen- oder innenpolmaschinen, radnabensysteme etc.
Nach dem stand der technik verhält es sich wohl so, das ein elektrischer antrieb ab drehzahl 0 volles drehmoment liefert. Für die endgeschwindigkeit ist die reine leistung ausschlaggebend.
Ich denke mal die zweite frage erübrigt sich beim 3. überlesen- mit dem gedanken im hinterkopf das gewicht und masse 2 paar schuhe sind.
Also was ich unter "normal" meinte ist eine bequeme Fahrt mit 50kmh, Beschleunigung von 0 auf 100 in 10-15 s, Höchstgeschwindigkeit von 140 kmh. Also das was man täglich macht. Wie viel PS braucht so eine Karren? Genauer gesagt, wie viele KW müssen an die Räder kommen um das leisten zu können?
Die Radnabenmotoren finde ich haben die Zukunft. Hohes Drehmoment, gute Lastverteilung, Traktion etc. Seit vielen Jahren werden sie in den Gabelstapler benutzt und man kann sehen wie schnell sie sich beschleunigen können.
habe noch eine Frage. Nehmen wir einen E-Motor mit 10kw und 3000 U/min. Jetzt schalten wir ein Getriebe dazu, mit Übersetzung 2:1. Also haben wir dann Abrtiebsdrehzahl von 1500 U/min. Wie hoch ist aber die Kraft (Wirkungsgrad des Getriebes ist 100%)? ca 20 kw?
Zitat:
Original geschrieben von renno
habe noch eine Frage. Nehmen wir einen E-Motor mit 10kw und 3000 U/min. Jetzt schalten wir ein Getriebe dazu, mit Übersetzung 2:1. Also haben wir dann Abrtiebsdrehzahl von 1500 U/min. Wie hoch ist aber die Kraft (Wirkungsgrad des Getriebes ist 100%)? ca 20 kw?
Hallo
Wenn du es über die Leistung rechnen willst wird das nix, da sowieso die L eistung an jeder stelle gleich ist (Verluste unberücksichtigt)
Sowas berechnet man über die Drehmomente.
(1) M = F *r
und
(2) P = 2*pi*n*m
Einheiten :
(1): Nm, n,m
(2): W, sek-1, Nm
Würde als Radnabenantrieb ca. 63Nm am Rad ergeben. Die Drehzahl würde bei üblicher Radgröße auch jenseits von 100 km/h sein, mit anderen Worten: Mit 10KW wird eng. (Es sei denn der Wagen hätte ein prima cw-wert und wiegt nix)
Die Entwicklungsrichtung ist doch klar: Einen 7-er BMW mit E-Antrieb wird es nicht geben. (Versteh sowiso nicht, warum die für ihr H2 Projekt so ein energievernichtendes Sofa genommen haben)
Die Grüße wird eher Mitsubishi der Größe Colt (Twingo, Corsa, Civic) mit versteifter Leichtmetallkarasserie und besserem Cw sein, als der Durchschnitt. Der A2 wäre eine Klasse Grundlage, (aber Audi hält von solchen "Spielereien" ja nichts)
Vorn rein ein dickes Akkupaket, ebenso unterm Kofferraum, Masse ca 150 kg. 4 Radnabenmotoren (2 permanent vorn angetrieben) Leistung 20kW vmax ca 130km/h, mit den zugeschalteten hinteren gehts nochmal gut ab zum Beschleunigen oder vmax 150km/h Aber im Stadt-und Pendlerverkehr braucht man die kaum.
(Der Trabant als Cw-Sünde kam mit seinen 19kW auch auf 100, der Smart auch mit 0,6l-Motor auf 130) Ich denke, daß bei vernünftiger Fahrweise 200/300 km (Stadt/Land) Reichweite mit Gelakkus machbar wären.
Müßte mal bei Greenpeace in Auftrag gegeben werden, deren Smile war schon der automobile Hammer: 2,2 l/100km 1800km HH-Rom ohne Tanken. Also: es geht. Der Original-Twingo hatte auch 200kg abgespeckt, wobei die Masse im Langstreckenbetrieb nur wenig ausmacht und im Stadtverkehr die kinetische Energie wieder in die Akkus geht (Bremsen = Generatorbetrieb)
bin bisschen aus der Übung was Physik angeht, habe aber was ausgerechnet.
Arbeit (W) = 1/2 * Masse (m) * Geschwindigkeit hoch 2 (v^2)
Um Leistund daraus zu bekommen, muss man das alles durch Zeit teilen.
Also in meinem Beispiel wäre:
m = 1000 kg
v = 100 kmh = ca 27,8 m/s
t = 10 s
P = (1000*772,84)/20 = 38642 Watt oder 38 KW
Sprich, ein E-Motor mit 40 KW würde ein Auto mit einer Tonne Gewicht auf 100 kmh in 10 s beschleunigen.
Natürlich alles ohne berücksichtigung von gegen Kräften und Pi mal Daumen.
Schwere Fragen. Gewichtsmässig ist der Motor selber relativ unerheblich gegen die Akkus. Dort liegt derzeit noch das grösste Problem der E-Autos. Sowohl in dem Gewicht wie auch im schlechten Wirkungsgrad bei hohen Strömen (Beschleunigen, Nutzbremsung)
Radnabenmotoren haben in der derzeitigen Form keine Zukunft. Sie würden die ungefederten Massen zu weit erhöhen und damit Fahrkomfort und Fahrsicherheit erheblich verschlechtern. Interessant ist da ein Konzept von Bridgestone die die E-Motoren zwar in die Radnabe gesetzt haben, aber mit einer Federung um die Nachteile aufzufangen.
Drehmoment haben alle Maschinen beim Anfaren über passende Steuerung mehr als genug. Auch Leistung beim Beschleunigen da sie für einige Sekunden etwa 2fach überlastet werden können. Sprich die Auslegung erfolgt auf die Endgeschwindigkeit.
Dazu mal eine Schätzung: 1t Gewicht und Cw=0,3, 2,5m² Stirnfläche und 130km/h macht knapp 25kW Dauerleistung. Damit stehen bei Beschleunigung bis 50kW zur Verfügung.
Ideal wären als Antriebe die sog. SRM (switch-reluctance-machine). Hoher Wirkungsgrad, sehr gut steuerbar, preisgünstige Herstellung und kompakt. Derzeit ausgereift und dank Massenherstellung billig sind die Gleichstrommotoren.
Die Kennfelder der E-Motoren sind alle weitgehend identisch, da die max. Leistung hauptsächlich durch die Wärmeentwicklung (Verluste in den Kupferwicklungen) begrenzt wird.
Sprich E-Motoren sind als Antriebe eigentlich perfekt, nur die Frage wo der Strom herkommen soll ist noch nicht gut gelöst.
Leichtbau ist derzeit noch ökologischer Unfug, da z.B. Alu und Faserverbundwerkstoffe mehr Energie für ihre Herstellung verbrauchen als sich durch die Gewichtsreduktion sparen lässst. Ein A2 war zwar ein tolles Konzept, aber bei weitem nicht rentabel da in der Herstellung einfach zu teuer. Da fehlt zur Zeit noch die Gesamtbilanz. Hersteller müssten den Recourcenverbrauch bei der Produktion komplett angeben, dann könnte man über ein Autoleben die wirklich sinnvollste Lösung bestimmen. Ein Smile ist ein ganz netter Gag, aber alles andere als markttauglich.
Gruß Meik
Zitat:
Original geschrieben von Meik´s 190er
Schwere Fragen. Gewichtsmässig ist der Motor selber relativ unerheblich gegen die Akkus. Dort liegt derzeit noch das grösste Problem der E-Autos. Sowohl in dem Gewicht wie auch im schlechten Wirkungsgrad bei hohen Strömen (Beschleunigen, Nutzbremsung)
Radnabenmotoren haben in der derzeitigen Form keine Zukunft. Sie würden die ungefederten Massen zu weit erhöhen und damit Fahrkomfort und Fahrsicherheit erheblich verschlechtern. Interessant ist da ein Konzept von Bridgestone die die E-Motoren zwar in die Radnabe gesetzt haben, aber mit einer Federung um die Nachteile aufzufangen.
Drehmoment haben alle Maschinen beim Anfaren über passende Steuerung mehr als genug. Auch Leistung beim Beschleunigen da sie für einige Sekunden etwa 2fach überlastet werden können. Sprich die Auslegung erfolgt auf die Endgeschwindigkeit.
Dazu mal eine Schätzung: 1t Gewicht und Cw=0,3, 2,5m² Stirnfläche und 130km/h macht knapp 25kW Dauerleistung. Damit stehen bei Beschleunigung bis 50kW zur Verfügung.
Ideal wären als Antriebe die sog. SRM (switch-reluctance-machine). Hoher Wirkungsgrad, sehr gut steuerbar, preisgünstige Herstellung und kompakt. Derzeit ausgereift und dank Massenherstellung billig sind die Gleichstrommotoren.
Die Kennfelder der E-Motoren sind alle weitgehend identisch, da die max. Leistung hauptsächlich durch die Wärmeentwicklung (Verluste in den Kupferwicklungen) begrenzt wird.
Sprich E-Motoren sind als Antriebe eigentlich perfekt, nur die Frage wo der Strom herkommen soll ist noch nicht gut gelöst.
Gruß Meik
Wie bist du auf 25kw gekommen? Welche Formel hast du benutzt?
Wo liegt das Problem wenn die Räder schwer sind? Wie beinflüsst das die Fahrsicherheit? Der Schwerpunkt liegt doch dadurch tiefer. Die Federung geht doch über die Federbeine.
Was Energiespeichrung angeht, da habe ich vor langer Zeit ein interessantes Konzept kennengelernt. Man nimmt statt Batterien Kondensatoren. Die Aufladung geht schnell, Wirkungsgrad ist hoch. Das Problem ist dass die schnell auch entladen werden.
Günstig sind die E-Motoren nicht 😉 Also ein Drehstrom-Asynchron mit 50 kw ist sehr schwer (über 150kg) und kostet schon mal ein paar Tausend. Und Gleichstrommotoren in dieser Klasse sind meist noch grösser.
Apropo, wie viel Drehmoment braucht ein Auto zum guten Beschleunigen?
Formel für kinetische Energie: E=m*v*v/2
Masse in Kg, v in m/s, ergibt Energie in J=Ws
Wenn die Räder(wg. der Narbenmotoren) schwer sind, dann kann das Rad nicht mehr dem Fahrbahnuntergrund folgen. Das Fahrverhalten verschlechtert sich. (Versuch mal mit 20kg Bleigewichten an den Beinen Ski zu fahren!)
Kondensatoren haben eine zu geringe Kapazität. Bleiakkus z.b. haben auch nur etwa 30-40Wh/kg. (Benzin hat etwa 12000Wh/kg) d.h. willst du mit einem Motor mit einer Dauerlast von 25KW fahren, so müsstest du für 1 Fahrtstunde 600-800kg Bleiakkus an Bord haben!
Das Problem an den Elektroautos sind die Akkus. Gute Elektromotoren und die dazugehörenden Steuerungen sind verfügbar.
@Symtomatics, du solltest hier nicht von Bleiakkus ausgehen. Die Tatsache, daß die in deinem Auto steckt, liegt daran, daß nicht viel davon gebraucht wird und die Dinger (durch Bleirückgewinnung) relativ billig sind. Solche Elektrokarren mit Bleiakkus fuhren schn 1920 übers Borsig-Werkgelände, du kannst davon ausgehen, daß die Energiedichte je kg ca 4-8 mal höher ist.
@Meik, Das mit dem Leichtbau der Räder sehe ich auch nicht so als großes Problem. LM-Felgen, Gewichtsreduzierung der Reifen, das geht schon. Immer noch weit besser als Antrieb über Kardan- und Gelenkwellen (zusätzliche Masse). Wir sprechen von ca 130-150 Vmax, da muß man keine 17" 225-er Sportgummis nehmen.
Nein, geht nicht 😉 Die paar kg für Antriebswellen sind da sehr gut angelegt. Man kann ja immer noch 4 kleine Motoren nehmen, aber aufbaufest mit kurzer Antriebswelle. Oder vielleicht setzt sich das Bridgestone-Konzept mit gefederten Motoren durch. Zumal: Wohin dann mit der Bremse? Plazt- wie Hitzetechnisch passt das derzeit noch nicht ganz zusammen.
Das Problem ist schon sehr erheblich, in der Konstrkuktion wird um jedes Gramm ungefederter Masse gekämpft. (Leichtbauräder, Alu-Radaufhägungen usw.)
Typische Grösse für E-Motoren ist ein Gewicht von 0,2-1kg pro kW, je nach Typ und Qualität. Heisst bei den 25kW Dauerleistung max. 25kg Motorgewicht bei Wirkungsgraden von rund 90%.
Kondensatoren sind nicht schlecht für die Pufferung hoher Ströme, aber noch viel zu gross für die Kapazität. Derzeit mit die leichtesten sind die LiIon mit bis zu 110Wh/kg, also nur noch 1/3 so schwer wie Bleiakkus.
Gruß Meik
was sagt ihr dazu.
http://www.plettenberg-motoren.com/Predator/Motor.htm
Würden zwei solche Motoren als Radnabenmotoren mit der Last zurecht kommen? Also 22 kw ist nicht wenig.
Zitat:
Original geschrieben von renno
Wo liegt das Problem wenn die Räder schwer sind? Wie beinflüsst das die Fahrsicherheit? Der Schwerpunkt liegt doch dadurch tiefer. Die Federung geht doch über die Federbeine.
Was Energiespeichrung angeht, da habe ich vor langer Zeit ein interessantes Konzept kennengelernt. Man nimmt statt Batterien Kondensatoren. Die Aufladung geht schnell, Wirkungsgrad ist hoch. Das Problem ist dass die schnell auch entladen werden.
Günstig sind die E-Motoren nicht 😉 Also ein Drehstrom-Asynchron mit 50 kw ist sehr schwer (über 150kg) und kostet schon mal ein paar Tausend. Und Gleichstrommotoren in dieser Klasse sind meist noch grösser.
Apropo, wie viel Drehmoment braucht ein Auto zum guten Beschleunigen?
Das problem bei schweren ungefederten massen liegt darin, das dafür neue radaufhängungen entwickelt werden müssten, die wären aufgrund der größeren belastbarkeit auch deutlich teuer und/ oder würden schneller verschleißen.
Das zweite problem daran ist, das ein radnabenmotor als ungefedetes bauteil auch dafür ausgelegt werden müsste. Er bekommt ständig starke "schläge" ab, müsste also entsprechend rütelfest und mit starken lagern ausgeführt sein. Oder er wird in der nabe gefedert- das führt aber auch zu einem hohen mechanischen aufwand.
Zum thema energiespeicherung: Kondensatoren gelten sind recht teuer, auserdem trocknen sie relativ schnell aus. Momentan konkuriert bei kurzzeit- hochleistungsspeichern auch die schwungradtechnik mit (allerdings eher bei größeren fahrzeugen)
Drehstrommotoren sind bei großen leistungen übrigens günstiger als mechanisch wechselrichtende (sogenannte gleichstrommotoren). Aber das ist wie gesagt eine komplexe materie- hier spielen die kosten für die ansteuerung eine größere rolle als die maschinen an sich. Es ist auch etwas müsig als laie darüber zu diskutieren (wobei ich das selber auch gerne tue) da man hier weder fachlich, noch angebotsmäßigen überblick hat. Meiner (bescheidenen) meinung nach wird sich keiner mehr ersthaft mit sogenannten gleichstrommotoren (die es eigentlich nciht gibt) herumschlagen. Dazu zählt wohl auch der "Predator".