KERS-Einbau in konventionelles Fahrzeug
Hallo Forum,
ich beschäftige mich gedanklich schon seit einiger Zeit mit meinem zukünftigen Projekt und würde gern eure Meinung und Anregungen dazu erfahren.
Projektbeschreibung:
Kernaufgabe:
Einbau eines KERS-Systems an die Hinterräder des unten stehenden Fahrzeugs.
Ziel:
Der Betrieb des KERS-Systems soll primär den Treibstoffverbrauch im Stadtverkehr senken und sekundär die Performance des Fahrzeugs steigern.
Fahrzeugdaten:
VW Golf 4
Baujahr: 10/2001
Hubraum: 1390 cm3
Leistung: 55/75 (KW/PS)
Kraftstoff: Benzin
Sicherheitsausstattung: ABS, ESP, Airbags
Antrieb: Vorderachse
Zu verwendende Bauteile (Stand 11/2010):
Antrieb:
1 Hinterachsaufhängung inklusive Radnaben, Gelenk- oder Antriebswellen aus einem Golf 4 4Motion
2 AC-Elektromotoren Link
Controller:
1 Motorcontroller (inkl. Rekuperations- und Ladesteuerung) Link
Energiespeicher:
Doppelschichtkondensatoren Link (SuperCaps , UltraCaps oder GoldCaps) oder Schwungradspeicher Link (leider bisher noch nicht in geeigneten Stückzahlen auf dem freien Markt verfügbar)
Herangehensweise:
Aufbau:
1. Umbau der gesamten hinteren Radaufhängung um die Hinterräder einzeln antreiben zu können. Hier soll ein großer Teil des hinteren Antriebsstranges aus einem Golf 4 4motion Verwendung finden.
2. Anstelle des Differentials sollen zwei Elektromotoren an den jeweiligen Gelenkwellen verbaut werden, sozusagen ein Direktantrieb der Hinterräder.
3. Die zwei Elektromotoren sollen aus Kostengründen möglichst im Parallelbetrieb mit einem Motorcontroller betrieben werden.
4. Im Schub- und Bremsbetrieb sollen per Rekuperation die Energiespeicher wieder geladen werden. Ein Anschluss für eine Ladestation ist nicht angedacht.
Betrieb:
1. Bei Druck auf das Gaspedal soll der Elektroantrieb den konventionellen Verbrennungsantrieb beim Beschleunigen des Fahrzeugs unterstützen („Boost-Funktion“).
2. Die Boost-Funktion soll nur solange andauern, wie das Fahrzeug beschleunigt wird oder die Kondensatoren vollständig entladen sind. Eine Leistungsabgabedauer von 10 sec. wäre angedacht.
3. Im Schubbetrieb sollen die Motoren mit einer Rekuperation von max. ¼ der Maximalrekuperation, welche beim Bremsvorgang erbracht wird, angesteuert werden, um bei längeren Autofahrten ein sukzessives Wiederaufladen der Energiespeicher zu gewährleisten.
4. Beim Bremsvorgang sollen die Motoren auf volle Rekuperation angesteuert werden
Bevor ich dieses Projekt in die Tat umsetzen möchte, würde ich gern eure Meinungen und Anregungen zu meiner bisherigen Planung erfahren. Konstruktive Tipps von Fachleuten sind sehr gern angenommen und auch Kontakte von Jemand, der jemand kennt, der wieder jemand kennt und so weiter, nehme ich gern entgegen. ;-)
Viele Grüße und jetzt schon mal vielen Dank. Neoh
28 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von Deloman
Beim Durchdenken der Beiträge erscheint mir ein Getriebe für den Elektromotor ziemlich überflüssig, es sei denn man will ein Beschleunigungsrennen gewinnen. Volles Drehmoment in den unteren Drehzahlen - das reicht doch aus.Aber mal zwischendurch gefragt: Wie viel Kraftstoffersparnis ist geplant?
Wäre es nicht sinnvoller, durch andere Umbauten Kraftstoff zu sparen?
Hallo,
die Kraftstoffersparnis hängt davon ab, welche Leistungen die E-Motoren übernehmen können und wie gut das gesamte System auf einander abgestimmt ist.
Durch die ständigen Anfahrsituationen im Stadtverkehr ist die Effizienz des Systems in der Stadt weitaus höher, als außerhalb der Stadt. Gleichzeitig soll sich aber die Performance des Fahrzeugs durch die Leistungssteigerung verbessern.
Über die Höhe der Kraftstoffersparnis kann derzeit nur spekuliert werden.
Die meisten Umbau-Systeme die ich kenne, wechseln höchstens die Treibstoffsorte (Diesel auf Biodiesel, Benzin auf Gas, Benzin auf Ethanol usw.), jedoch kombinieren sie nicht zwei völlig unterschiedliche Antriebssysteme, was die Herausforderung dieses Projektes darstellen soll.
VG Neoh
Man kann sicherlich den Verbrauch des Prius betrachten in Verbindung zu gleich großen Autos ohne Hybridantrieb. So hat man einen ungefähren Wert...
Grüße
Hellmuth
Zitat:
Original geschrieben von he2lmuth
Man kann sicherlich den Verbrauch des Prius betrachten in Verbindung zu gleich großen Autos ohne Hybridantrieb. So hat man einen ungefähren Wert...Grüße
Hellmuth
Hmmm! Schwierig.
Der Prius hat einen Energiespeicher der es erlaubt, über eine "längere" Strecke bzw. über einen "längeren" Zeitraum rein elektrisch zu fahren. Der Verbrauch in dieser Zeit ist gleich NULL.
Das von mir angedachte System soll den laufenden Verbrennungsmotor lediglich beim Beschleunigen unterstützen und dies auch nur maximal so lange, wie die Kondensatoren oder das Schwungrad Energie liefern. Wir sprechen hier von vielleicht 10 oder 15 Sekunden. Dann sollte Schicht im Schacht sein.
Kann mir jemand einen Tipp geben, wie man herausbekommt, über welchen Zeitraum die gespeicherte Energie der Kondensatorbänke an die jeweiligen Motoren abgegeben wird? Vielleicht finden wir auch eine Aussage darüber, wie lange es dauern würde, diese Kondensatoren über Rekuperation wieder aufzuladen... 🙂
Zitat:
Kann mir jemand einen Tipp geben, wie man herausbekommt, über welchen Zeitraum die gespeicherte Energie der Kondensatorbänke an die jeweiligen Motoren abgegeben wird?
URI
Gruß SRAM
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Für das Laden gilt auch URI, aber es fließen ungeheuere Ströme, die müssen erst mal erzeugt und in die C´s gebracht werden. Einen Kondensator kann man in Sekundenbruchteilen laden und entladen, es kommt nur auf die Ströme an und ob die ganze Wandel- und Regelelekronik das alles bewältigen kann und nur dort liegt m.M. das Problem...
Ich kann das alles nicht berechnen, aber ich bin der Meinung, daß Du überland nichts sparen wirst, in der Stadt nach meiner Schätzung bestenfalls 20%.
Ich finde es schon gut und interessant wenn sich jemand damit befasst und Freude an dem Ganzen hat, aber rechnen wird sich das nicht.
Ein Diesel statt einem Benziner ist billiger und spart in der Stadt 30%.
Das bitte soll dich nicht entmutigen, wenn Du es als Projekt Forschung verstehst.
Nicht böse sein...
Grüße
Hellmuth
Hallo!
Zitat:
Leider kenn ich mich in der Getriebemechanik überhaupt nicht aus. Gibt es irgendeine Berechnungsformel, die auf deine Prognose schließen läßt?
Kann man grob abschätzen.
Bei einer angenommenen Vmax von 165km/h drehen sich die Räder mit 1375U/min, der Motor dreht dabei 5000U/min, gibt im 5.Gang somit eine Gesamtübersetzung (Achs + Getriebe) von 3,63.
Der 1.Gang ist etwa 4x so kurz übersetzt, ergibt gesamt ca. 15.
Oder Du bemühst Google und findest so folgende Werte für den Golf 4 55kW.
Achsantrieb 67 : 15 = 4,467
1. Gang 38 : 11 = 3,455
2. Gang 35 : 18 = 1,944
3. Gang 36 : 28 = 1,286
4. Gang 31 : 32 = 0,969
5. Gang 33 : 41 = 0,805
Rückwärtsgang 38 : 12 = 3,167
mfG Thomas
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
URIZitat:
Kann mir jemand einen Tipp geben, wie man herausbekommt, über welchen Zeitraum die gespeicherte Energie der Kondensatorbänke an die jeweiligen Motoren abgegeben wird?
Gruß SRAM
Was willst du denn hier mit URI ???
Ertmal wäre die theoretische maximale Energie interessant.
E=0,5*C*U² -> Energie in J oder eben Ws
Diese Formel gilt allerdings nur wenn du den Cap auch bis auf 0 Volt entladen kannst ... das wird bei dir aber sicher nicht klappen!
Also wäre interessant wie weit du runter kommst ... dann kannst du die Differenzspannung zwischen Umax und Umin für U einsetzten.
Berücksichtigen sollte man auch dass die Spannung linear mit dem Ladezustand abnimmt ... die Leistung also im Quadrat abfällt !!
Ich würde bis dahin entladen wo noch nennenswert Leistung herauszuholen ist ...
Was du also auf jeden Fall brauchst ist ein Regler der mit sehr unterschiedlichen Eingensspannungen arbeiten kann ... die von dir Vorgeschlagenen sehen da nicht so gut aus ...
Zu deinen Bauteilen:
Bevor du überhaupt irgend was aus den Katalogen rauskramst würd ich mir mal überlegen was du brauchst, wie es verschaltet werden soll, was es können muss und was bei welchen Zuständen passieren soll.
Also ein grobes Blockschaltbild, Wirkungsplan, Zustands/Übergangsdiagramm ... dann siehst du welche Steuergeräte, Sensoren usw. notwendig sind.
Zitat:
Berücksichtigen sollte man auch dass die Spannung linear mit dem Ladezustand abnimmt ... die Leistung also im Quadrat abfällt !!
Ein normaler Regler ?
Das kann man vergessen. Für eine Kondensatorbank braucht es einen Spannungswandler. Und zwar einen, der in beide Richtungen up und down kann.
.....wächst allerdings nicht an jeder Strassenecke 😉
Gruß SRAM
P.S.: URI gilt immer. Das bisschen integrieren sollte man bei einem solchen Projekt können. Sonst läßt man es besser.
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Ein normaler Regler ?Zitat:
Berücksichtigen sollte man auch dass die Spannung linear mit dem Ladezustand abnimmt ... die Leistung also im Quadrat abfällt !!
Das kann man vergessen. Für eine Kondensatorbank braucht es einen Spannungswandler. Und zwar einen, der in beide Richtungen up und down kann.
.....wächst allerdings nicht an jeder Strassenecke 😉
Gruß SRAM
P.S.: URI gilt immer. Das bisschen integrieren sollte man bei einem solchen Projekt können. Sonst läßt man es besser.
Regler: Ach was du nicht sagst ... 😉
URI: Wenn er nicht weis was URI ist läßt er das Projekt wohl auch lieber ... somit hast du deinen eigene Antwort nachträglich für überflüssig erklärt 😉
Zitat:
Doppelschichtkondensatoren Link (SuperCaps , UltraCaps oder GoldCaps) oder Schwungradspeicher Link (leider bisher noch nicht in geeigneten Stückzahlen auf dem freien Markt verfügbar)
Falls du keine Betriebsweise a la Stadtbusverkehr planst - also alle 500m bremsen und wieder beschleunigen - kann ich dir nicht zu Doppelschichtkondensatoren oder Schwungmassenspeichern raten. Die Schwierigkeiten wurden zuvor beschrieben. Hast du mal überlegt, wie du einen Schwungmassenspeicher lagern willst? Es gibt Beispiele aus Strassenbahnen, da werden die Dinger kardanisch aufgehängt - ich glaube nicht, dass du ähnliches beabsichtigst. Es gibt auch Stadtbusse mit ner riesigen Kondensatorbank auf'm Dach - ich denke, auch das willst du nicht. Ansonsten ist die Ersparnis beim Rekuperieren gar nicht so riesig. Nimmt man z.B. den Prius als Hybridfahrzeug, so ist die Einsparung des VErbauchs größtenteils darauf zurückzuführen, dass der Verbrennungsmotor möglichst in seinem optimalen Drehazhlbreich gehalten wird und nicht die beim Bremsen wieder aufgenommene Energie, die ja zudem zweimal den Wirkungsgrad von Batterie und DC/DC Steller durchlaufen muss.
Wie groß soll die zu speichernde Energie überhaupt sein? Bedenke hierbei, dass die Energie nicht W=0,5*C *(Umax-Umin)^2 sondern W=0,5*C *Umax^2-Umin^2 ist. Kleiner, aber feiner Unterschied!🙂
Gruß
Ralf
Was das Drehmoment angeht, so wurde das von alpi19_at schon erklärt. 1 Nm am Verbrenner sind im 2ten Gang z.B. 8,7 Nm am Rad. Daraus kann man gut ablesen, dass 80 Nm am Rad nicht viel sind. Der kleine Benziner schafft im 2ten Gang etwa 1000 Nm.
Kondensatoren, Schwungradspeicher usw.. sind nichts für einen für hohe Zyklenzahl empfehlenswert: Städtische Busse z.B., aber wegen der Komplexität nicht für ein DIY-Setup geeignet. Was bleibt sind gewöhnliche Akkus und Standardumrichter mit konstanter Zwischenkreisspannung, die gut verfügbar sind.
Mit dem F1 Kers kann mans nicht vergleichen, weil dort jedes kW Leistung zählt. Ob die Akkus nach 500 km kaputt sind, ist egal. Im Straßenverkehr muss ein System auf Dauer wirtschaftlich sein.
Hallo!
Zitat:
Kondensatoren, Schwungradspeicher usw.. sind nichts für einen für hohe Zyklenzahl empfehlenswert:
Eine geringe Zyklenzahl bei den angesprochenen Energiespeichern kann ich nicht ganz nachvollziehen.
Kondensatoren (gute Industriequalität, kein Billigschrott wie er in PC-Netzteilen und Motherboards oft verbaut wird) sind je nach Hersteller und Ausführung mit einer Lebendauer von 2000 - 5000 Stunden angegeben.
Allerdings gilt dies für die max. zulässige Umgebungstemperatur von 85 oder 105°C. Je 10°C weniger Umgebungstemperatur verdoppelt sich die Lebensdauer (ein 105°C/5000h Typ lebt bei 65°C somit 80.000h).
Ultrakondensatoren sind in der Regel mit 500.000 Ladezyklen angegeben.
Das einzige Verschleissteil bei einem Schwungrad dürfte das Lager sein und so etwas sollte ein Autoleben überdauern.
Mal ganz abgesehen davon, wie sich eine schwere, drehende Masse auf das Fahrverhalten auswirkt...
mfG Thomas
Wie ist es denn mit dem Projekt weiter gegangen?
Ich hab das zwar alles grad nur überflogen, aber helfen nicht die aktuellen Fortschritte bei den Ultracaps, dass das ganze damit doch wieder interessanter wird?
Gruß
Nickoh
Ich geh mal einen Schritt zurück: KERS wird in der F1 ja nur zum schnellen Beschleunigen wirklich effektiv eingesetzt. Sowas brauchst du im Straßenverkehr nie! Bei hohen Geschwindigkeiten ist die verfügbare zusätzliche Leistung auch nach wenigen Sekunden verpufft, also gerade für einen Überholvorgang bei 90 ist der Effekt gering.
Der eigentliche Brüller wäre ein E-Motor eigentlich nur im Bereich 0...7kW, also Stop & go, ausrollen segeln bis ca 80km/h). Du willst aber den Verbrenner stattdessen weiterhin im Stand laufen lassen und bei 200km/h einen Vortrieb spüren? Sorry, das Konzept ist absoluter Mumpitz!
Dreh das mal andersrum. Da kommst du schnell dahinter, wenn du mit einem "E" (zur Not auch Hybriden) eine Weile rumgefahren bist. Der Verbrenner (z.B. Ampera) läuft nur bei leerem Akku, aber selbst dann immer noch als "Hybrid" weil er durch Rekup und Laden der überschüssigen Leistung an die Akkus wieder etwas aufspart.
Von daher ist konzeptionell der Geschwindigkeitsbereich 0...50km/h am interessantesten und dazu eignen sich auch die je 10kW Radnabenmotoren z.B. von PML Flightlink hervorragend, passende Drehzahl inclusive. Allerdings brauchst du für Servo und den BKV eine elktrische Lösung. Den Super-Cap halte ich auch für suboptimal, da er variable Spannungen braucht, also am Ende des Bremsvorgangs kommt die geringste Spannung, die, um den Cap weiter zu laden, aufwändig hochtransformiert werden muss. Nimm besser einen alten Akku vom Prius 1 (NiMH) für lau und fertig ist der Lack.