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Wie dimensioniere ich ein Elektromobil ?
Ich möchte an dieser Stelle mal den ganzen Weg einer Dimensionierung eines Elektrofahrzeuges durchgehen. Von den Grundlagen ausgehend. So wie ich das immer mache, wenn ich eine neue Technik beurteilen soll, denn nur so versteht man wo Restriktionen und Fallstricke lauern und welche Forderungen einfach absurd sind, weil physikalisch / technisch nicht machbar.
Ich bitte um Geduld wenn ich nicht jede Stufe sofort weiterführe, dazu fehlt mir einfach die Zeit.
Dafür bleibt dann mehr Zeit zur Kritik, um die ich ausdrücklich bitte, und die auch das Ergebnis maßgeblich mit beeinflussen wird. Auch ich weis nicht was rauskommt, ob ich danach ein glühender Vertreter des Elektroautos bin oder es für mich zumindest wegen zuviel Restriktionen eher nicht als Lösung sehe.
Gruß SRAM
Beste Antwort im Thema
Na, dann wird's doch bald mal Zeit, dass die arroganten, akademischen Erbsenzähler hier mal einen Verein gründen mit Satzung und Clubabenden zum gemütlichen Kaputttheoretisieren des Themas, damit keiner auf die Idee kommt, dass man sowas auch verwirklichen kann.
Dieses schwachsinnige Gelaber blasierter Eliten hat uns den Overkill der Spritfresser mit monströsen SUVs wie Porsche Cayenne & Co. beschert. Solche sinnlosen Säufer zu bauen geht lustigerweise im Handumdrehen, wobei man mal nebenbei den X-ten vielversprechenden Versuch mit einem systembedingt wartungsfreien und sparsamen Elektroauto erfolgreich abgewürgt hat.
Der wievielte überflüssige Heimwerkerthread ist das jetzt eigentlich? Kann hier nicht mal endlich jemand mit rollenden Fakten aufwarten, statt alles nur unnötig zu komplizieren?
Die Russen waren übrigens nicht die ersten im Weltraum, weil sie die Theoretiker, sondern die Praktiker entführt haben, die nicht nur berechnen können, wie die Giraffe in den Kühlschrank geht, sondern einfach mal die Tür geöffnet und die Giraffe reingeschoben haben.
Elektroautos gibt es schon seit über 100 Jahren. Die Dimensionierung kriegt man sehr gut hin, wenn man sich out of the shelf bedient. Auch wenn manchen darüber der akademische Schädel explodiert: Einfacher Stromkreis-Technologie seit 100 Jahren bewährt-man muss nichts neu erfinden und in die Batterien kriechen, Elektronen zählen, wiegen, und vermessen und ähnliche Nebensächlichkeiten aufbauschen. Um sowas zusammenzuschrauben, muss man sich partiell die Kenntnisse eines KFZ-Meisters aneignen, aber das reicht dann auch. Soweit ich damit Erfahrung habe, ist das mit einem ferngesteuerten Elektroauto durchaus vergleichbar. Da gingen zwar gelegentlich die billigen, serienmäßigen Getriebe kaputt, aber nachdem man alles zusammengesteckt hatte, fuhren die einfach los.
Von vorgenannter Adresse sind komplette, passende Umrüstsätze-inklusive verstärkter Fahrwerksfedern FERTIG erhältlich.
http://www.electroauto.com/
80 Antworten
Betrachtung 1: Rekuperatives Bremsen und seine Grenzen
Der Vorteil des rekuperativen Bremsens ist ja die Charackteristik, die beim nicht ganz Elektroauto, dem Hybridfahrzeug, zu den Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch maßgeblich beiträgt.
Dabei soll die Bremsenergie im Idealfall wieder in den Energiespeicher zurückgeladen werden.
Die Bremsleistung gibt uns also ein gutes Maß für die Mindestdimensionierung eines Motorgenerators, denn diese ist bei fast allen Automobilen sehr viel höher als die Beschleunigungsleistung (F1 und andere Rennwagen außen vor):
Bei einem Fahrzeuggewicht von 1400 kg und bei 100 km/h Geschwindigkeit beträgt die Bremsleistung bei voller Verzögerung (1g) ca. 380 kW.
Das ist sehr hoch und vermutlich nicht zu packen, deshalb fordere ich jetzt mal, dass bei einer Normalbremsung mit 0.4 g bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h eine volle Rekuperation möglich sein soll.
Damit gibt es schon drei verwertbare Ergebnisse:
1.1 eine normal dimensionierte Bremsanlage wie heute üblich ist notwendig, denn ich will auch aus einer Geschwindigkeit von mehr als 100 km/h mit voller Verzögerung (1g) bremsen können
1.2 der Motorgenerator muß als kurzzeitige Überlast (mindestens für 30 Sekunden) mindestens 152 kW abgeben können
1.3 die Akkumulatoren müssen den dabei entstehenden sehr hohen Ladestrom ohne Probleme verarbeiten können.
Gruß SRAM
Hallo,
zu 1.3: 150000 Watt bei einer angenommenen Akkuspannung von 300 Volt wären ein Ladestrom von 500 Ampere.
Das ist schon heftig, es sei denn man verwendet ausreichen hoch dimensionierte Batterieen.
Hat die Batt 30 Kw/H so sind das bei 300 V 100 Ah. Bei einem Ladestrom von 500 A bekomme ich Bedenken...
Grüße
Hellmuth
Danke für die Response.
Genau darum geht es mir: Schwachstellen und Grenzen aufzuspüren. Denn nur dann kann man vernünftige Forderungen stellen.
Auf welche Batterien beziehst Du das ? Oder trifft das alle Modelle ?
Es gibt Hersteller, die eine Kombination von Kondensatoren und Batterien verbauen.
Könnte die angesprochene Problematik der Grund sein ?
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Auf welche Batterien beziehst Du das ?
Das ist schon mal das erste Problem.
Bevor man theoretische!!! Berechnungen anstellt muss man erst mal klären auf welchen Batterietyp man sich festlegen will.
Dann stellt sich schnell heraus dass man nicht alle Vorteile verschiedener Technologien gleichzeitig haben kann.
Nähme man z.B. einen Li-Ionen Akku würde die enorme Stromstärke (empfohlener Ladestrom in diesem Beispiel: ca. 20A !) die Batterie vermutlich sofort zerstören (Achtung Explosionsgefahr).
Zitat:
Bevor man theoretische!!! Berechnungen anstellt muss man erst mal klären auf welchen Batterietyp man sich festlegen will.
Das Vorgehen bei einer Projektentwicklung ist normalerweise umgekehrt: erst erstellt man sich aus den Anforderungen ein Lastenheft und sucht dann nach adäquaten Lösungsmöglichkeiten.
So wie von Dir beschrieben ist die Gefahr sehr groß beim "Lösung sucht Problem" oder "Produkt sucht Anwendung" Syndrom zu landen.
Aber danke für den Einwurf: damit ist klar, daß man entweder
- Batterien haben muß, die den hohen Ladestrom vertragen
- oder aber zusätzlich super-caps benötigt, in denen man die heftigen Ströme beim Bremsen "zwischenparkt"
Gruß SRAM
Oder halt einen Bremschopper. Dadurch gewinnt man natürlich keine Energie, spart aber Verschleiß.
Sorry, helf mir bitte mal auf die Sprünge: Was ist ein Brems-Chopper ?
Danke SRAM
Der erste Treffer bei google hätte eine perfekte Antwort geliefert.
Aber trotzdem die Kurzfassung: das ist ein Bremswiderstand, der die überschüssige Energie verheizt. Man kann also mit dem Motor voll bremsen, auch wenn man die Energie nicht in die Akkus kriegt.
Danke, Bremswiderstand versteh ich.
So, hab mir mal ein kleines XL-sheet gebastelt um die einzelnen Beiträge zum Energieaufwand beim Fahren einfach berechnen und variieren zu können.
Wie erwartet ist das normale dahingleiten so aufwendig nicht. Beschleunigen und Bremsen hingegen erfordert demgegenüber einen sehr hohen Leistungsaufwand. Größere Steigungen ebenso (10% schlagen schon mit 38 kW zu Buche).
Das macht auch klar, daß um Rekuperatives Bremsen kein Weg vorbeiführt, wenn man energieeffizient sein will. Die Anforderungen an die Energieversorgung berechnet das tool auch gleich. Damit kann mann schon mal nach geeigneter Energiequelle und Motor suchen.
Eine wichtige Sache fällt beim Bremsen noch auf: will man sinnvoll rekuperativ Bremsen geht das nur mit allen vier Rädern, eine nicht angetriebene, aber gebremste Achse bringt ordentlich Verlust.
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Das Vorgehen bei einer Projektentwicklung ist normalerweise umgekehrt: erst erstellt man sich aus den Anforderungen ein Lastenheft und sucht dann nach adäquaten Lösungsmöglichkeiten.
Richtig.
Als erstes braucht man ein grobes Lastenheft, z.B. Reichweite, Fahrleistungen, Fahrzeuggröße, Gesamtgewicht, Kostenrahmen...
Wenn man dann festgestellt hat ob das Projekt überhaupt realisierbar ist bzw. Sinn macht kann man sich auch über Details wie z.B. rekuperatives Bremsen Gedanken machen.
VG
Ob das ein Detail ist ?
Ich rechne solche Sachen immer lieber aus, denn das Bauchgefühl trügt einem doch zu oft:
Auf meinem morgendlichen Weg zur Arbeit muß ich etwa 27 bis 35 mal (je nach Ampelphase, Verkehrsdichte in Kreisverkehren und bei Auffahrten) beschleunigen und verzögern.
Damit benötige ich für das Beschleunigen im niedrigen Falle etwas weniger Energie als zum bloßen Fahren und bei 35 mal etwas mehr, im Schnitt ist der Energieaufwand für beides etwa gleich (einfacher Weg ca. 25 km).
Gelingt es mir also, die Beschleunigungsenergie beim Bremsen wieder zurückzugewinnen, kann ich meine Reichweite ca. verdoppeln. Das ist die Anstrengung wert, und hat enormen Einfluß auf die von Dir angesprochenen Parameter wie Reichweite, Fahrleistungen, Gewicht (wegen Batteriegewicht) und Kosten (wegen der benötigten Batteriekapazität).
Daß ich das Gewicht als grobe Festlegung auf 1.4 t festgelegt habe hat seinen Grund darin, daß ich mir sicherlich keinen Leichtbau mit Sicherheitsdefiziten zulegen werde, und das Platzangebot der Golfklasse entsprechen soll.
Übrigens noch eine Detail-Überlegung, die aber wichtig ist:
Wie heize ich das Teil im Winter ohne zuviel Reichweite zu verlieren ?
Bisher ist mir als Lösung die Heizung über eine revers betreibbare Klimaanlage eingefallen. Wird in China oft zur Hausheizung verwendet, also nicht auf meinem Mist gewachsen.
Hat aber im PKW den Vorteil, daß ich nur ein Aggregat zum Heizen im Winter und zum Kühlen im Sommer benötige, also Gewicht einspare, und beim Betrieb als Wärmepumpe immerhin noch mit einer Leistungszahl von knapp über 2 rechnen kann.
D.h. um mir mit 6 kW Heizleistung warme Luft zuzufächeln muß ich nur 3 kW Antriebsleistung bei Vollast der Heizung / Kühlung investieren (elektrischer Klimakompressor von Behr, die reverse Heizung ist in dem System, das in meinem gegenwärtigen Fahrzeug verbaut ist schon verwendet, allerdings nur, um den Verdampfer, der dann bei hoher Temperatur als Kondensator läuft, zu sterilisieren, um Modergeruch vorzubeugen).
Zur vorgeschlagenen Vorgabe der Kosten: das vermeide ich bewußt. Ich will ja gerade wissen, ob meine Anforderungen
a) überhaupt gegenwärtig technisch realisierbar sind
b) wieviel eine solche Lösung kostet
(womit ich natürlich noch nicht den Preis kenne, denn am Anfang werden sich die Hersteller ein ordentliches Premium auf die Kosten gönnen).
Gruß SRAM
Eine elektrische Heizung hat wohl den höchst möglichen Wirkungsgrad. Man kann aber durchaus auch die Abwärme von Umrichter, Akkus und Motor mitnutzen. Da bleibt zwar nicht so viel übrig wie bei einem Benzinmotor, aber man muss nicht voll zuheizen.
@SRAM,
ich glaube Du überschätzt die Bremsenergierückgewinnung.
Du kriegst da nur einen Bruchteil der zum Beschleunigen nötigen Energie wieder zurück.
Es fallen überall Verluste an: Akku - Leistungselektronik - E-Maschine und dann beim Bremsen das Ganze in umgekehrter Reihenfolge nochmal.
Der Knackpunkt ist nach wie vor die Batterie.
Wenn Du einigermaßen vernüftige Fahrleistungen haben willst wirst Du feststellen dass der Akku mehrere 100 kg wiegt.
Die Energiedichte von Benzin ist ca. 70 mal höher als beim modernsten Akku!
Nun ja, der Verlust ist mir sehr wohl bewußt. Wir nutzen recht intensiv Motoren und Generatoren mit Frequenzumrichter und auch Leistungs-Schrittschaltmotoren. Normalerweise kalkulieren wir für Verlust 5% ein. Die Akkuverluste beim Laden und Entladen erhalte ich noch. Mal sehen was dabei raus kommt.
Zur Energiedichte: ja, das ist so und sicherlich das größte Problem. Etwas entschärft nur durch den recht hohen Wirkungsgrad bei Strom (>90%) und den schlechten bei Benzin oder Diesel (max. 40%). Sicherlich würde ich einer Reichweite von fast 1000 km wie sie mein Diesel jetzt hat nachtrauern, aber alles ist halt nicht zu haben.
Zur Heizung: die elektrische Heizung (Widerstandsheizung) hat einen Wirkungsgrad von 100%. Eine Wärmepumpe (und nichts anderes ist eine Klimaanlage) aber einen von 200% oder höher. Im konkreten Fall muß ich für 6 kW Heizleistung nur 3 kW elektrisch aufwenden. Ein gutes Geschäft, wie ich denke.
Gruß SRAM