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/
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Notwendige Stromstärke in Tabelle t1.
Selber werde ich kaum sowas zusammenbauen. Aber ich will wissen, was möglich ist, wo gegenwärtig die Limitierungen liegen und was meinen Anforderungen (wenn mal am Markt) entspricht.
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von Wealox
Es gibt übrigens noch andere LiFePo-Zellen, die zwar nicht ganz die Leistungsdichte aufweisen (also nicht so viel Lade- und Entladestrom abkönnen), aber dafür wesentlich günstiger sind - die liegen im Bereich 80 Cent / Wh (also etwa die Hälfte von dem, was die von Helmuth vorgeschlagenen Zellen kosten). Und das bei Einzelstücken. Allerdings weiß ich nicht, wie die Energiedichte ist. Die Akkus haben aber 10Ah und Schraubkontakte. Du musst also nicht 2000 Zellen löten 😁Es kommt jetzt halt darauf an, wieviel Spitzenstrom zu ziehen möchtest (für welche Zeit), und wie schnell eine Ladung möglich sein soll. Ich kann mich jetzt nicht erinnern, ob du das schonmal hier erwähnt hast, aber das sind ja im Prinzip mit die ersten Angaben in einem Pflichtenheft.
Hättest du auch einen Herstellernamen? Klingt nämlich sehr interessant.
Bevor ich jetzt zu den Motoren und dem Zellenpaket komme will ich nochmals auf Sinn und Unsinn des rekuperativen Bremsens eingehen.
In der beigefügten Tabelle ist der Weg, den ich mit der Energie zur Beschleunigung auf eine Geschwindigkeit X bei dieser Geschwindigkeit gleichförmig zurücklegen könnte aufgeführt.
Bei der üblichen Geschwindigkeit Stadtverkehr von 50 km/h sind das etwa 250 Meter.
Wenn ich also in der Stadt im Durchschnitt alle 250 Meter beschleunigen und anhalten muß, kann ich durch rekuperatives Bremsen meine Reichweite verdoppeln.
Gerade im Stadtverkehr hat also das Elektrofahrzeug aus diesem Grunde einen entscheidenden Vorteil gegenüber einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.
Und diesen Vorteil muß es nutzen, wenn es eine Chance haben will.
Gruß SRAM
Zur Rekuperation beim Bremsen: Nehmen wir an, du bremst von 50 km/h runter und beschleunigst wieder auf 50 km/h.
(Mit günstigen Zahlen gerechnet)
Generator, Getriebe, Umrichter sollen 85% Wirkungsgrad haben, die Batterie wg. hoher Ströme 80% Ladewirkungsgrad. Beim Beschleunigen fallen die 85% des Umrichters, Motors, Getriebes an. Macht insgesamt: 57,8% Sprich du verlierst nur 42,2%, kannst also 2,36x so weit fahren wie ohne Rekuperation, wenn du permanent beschleunigst und bremst.
Das ist aber nicht realistisch. In einem üblichen Fahrprofil sind Beschleunigungs/Bremsmanöver deutlich seltener, sodass die Rekuperation nur einen kleinen Anteil zum System beitragen kann.
Nun ja, auf meinem Weg habe ich einfach mal alle Einmündungen, Vorfahrtsstraßen, Ampeln, Kreisverkehre und Auf-/Abfahrten durch gezählt. Ist erstaunlich wieviele das sind.
Daß die beiden Städte in denen ich üblicherweise rumfahre so atypisch sind glaube ich nicht. Kann nur jedem raten mal beim täglichen Pendeln einfach durchzuzählen.
Dabei sind auch alle Phasen, bei denen man die Bremswirkung des Verbrennungs- Motors nutzt mitzuzählen, was in der oben genannten Zahl von Start/Stop noch garnicht enthalten ist.
Gruß SRAM
Hier mal ein Video, das eine sehr schöne integrierte und optimierte Lösung zeigt:
http://www.youtube.com/watch?v=zPSoNfmuBXc
und hier ein ordentliches battery pack:
http://www.youtube.com/watch?v=MqywKcJ0J2M&NR=1
und das Fahrzeug, das meinen Vorstellungen am nächsten kommt:
http://www.youtube.com/watch?v=W0Sy7XnJBPE&feature=related
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von Symtomatics
Zur Rekuperation beim Bremsen: Nehmen wir an, du bremst von 50 km/h runter und beschleunigst wieder auf 50 km/h.(Mit günstigen Zahlen gerechnet)
Generator, Getriebe, Umrichter sollen 85% Wirkungsgrad haben, die Batterie wg. hoher Ströme 80% Ladewirkungsgrad.
Wenn ich mich nicht verrechnet habe komme ich mit Deinen Zahlen zu folgendem Ergebnis:
Bremsen: 0,85 X 0,85 X 0,85 X 0,8 = 0,49
Beschleunigen: 0,85 X 0,85 X 0,85 = 0,61
Gesamtwirkungsgrad: 0,49 X 0,61 = 0,30
= 30%Dabei wurden aber noch nicht mal die Verluste durch den Roll- und Luftwiderstand berücksichtigt.
Durch diese Fahrwiderstände bremst sich ein Auto schließlich auch ohne Bremse oder Motorbremse ganz von alleine ab, der "Bremsweg" ist dann eben nur ein bisschen länger als bei einer moderaten Bremsung.
In der Praxis wird also der Rückgewinn an Bremsenergie vermutlich irgendwo zwischen 10 und 20% liegen.
Dabei sind dir zwei kleine methodische Fehler unterlaufen:
Beim Beschleunigen ist es egal woher die Energie stammt, die sich im Akku befindet. Benötige ich dafür beispielsweise 0.5 kWh, so wird die Batterie um diesen Betrag entladen, egal ob ich diese Energiemenge mit einem Ladegerät aus dem Netz oder durch regeneratives Bremsen in die Batterie gebracht habe. Der Beitrag und damit der Wirkungsgrad des regenerativen Bremsen beschränkt sich daher nur auf den Vorgang "Bremsen".
Die von dir angegebenen zusätzlichen Fahrwiderstände sind in der Gesamtrechnung enthalten und fallen daher aus der Berechnung des Wirkungsgrades beim Bremsen heraus (Beispiel: würde ich nur mit diesen bremsen (=Grenzfall), so lege ich ja gerade die entsprechende Strecke zurück, die der gespeicherten kinetischen Energie des Fahrzeuges äquivalent ist), zwar verliere ich anteilmäßig rückgewinnbare Energie, erhalte dafür jedoch mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad (nämlich 100%) Strecke, da der Bremsweg umso länger wird je sanfter ich bremse.
Zu den Einzel-Wirkungsgraden selber: ein Motor dieser Größenordnung der Effiziensklasse I hat einen Wirkungsgrad von ca. 92%, das Steuergerät von 95 bis 97% (dieses würde sonst auch viel zu heiß) und die Batterie liegt selbst bei Hochstromladung so bei 85 bis 90% (Toshiba oder A123). Damit gelangt so zwischen 70 und 80% der kinetischen Energie wieder in die Batterie.
Ferner möchte ich nochmals darauf hinweisen, daß ja auch noch der nicht unerhebliche Anteil, den man bei einer normalen Fahrt mit Motorbremse bestreitet hinzukommt. Dieser wird aber mit höherem Wirkungsgrad in Batterieleistung umgesetzt, weil hier nur geringere Leistungen und damit Ströme fließen. .........von Bergabfahrten mal ganz zu schweigen.
Gruß SRAM
Ich habe die 85% für das System Getriebe, Generator und Umrichter genommen, also jedes Teilsystem für sich mit etwa 95%. Für das Batteriesystem (Laden und Entladen) 80%. Das sind schon recht optimale Bedingungen finde ich.
Bremsen und Beschleunigen: 0,85*0,8*0,85= 57,8 %
Roll- und Luftwiderstand hat man auch, wenn man konstante Geschwindigkeit fährt. Es fragt sich nur, wieviel fällt durch das Beschleunigungs- und Bremsmanöver zusätzlich an.
Rekuperation finde ich ein nettes Feature primär für den Stadtverkehr, ich würde es aber auch nicht überbewerten. Keineswegs würde ich es so auslegen, dass man elektrisch die gleiche Bremswirkung wie mit gewöhnlichen Bremsen schafft. Denn dann braucht man ein System, dass mehrere hundert KW verträgt für eine extrem seltene Notbremsung, die man besser dem gewöhnlichen Bremssystem überlassen sollte. Nicht nur weil sich dieses viel besser auf die Traktionsgrenze einregeln kann.
Oh, hab ich vergessen: der wheelmotor hat natürlich kein Getriebe (braucht er auch nicht !).
Gruß SRAM
Hallo,
mal zum Motor:
wie währe es mit einem DC-Motor mit PWM? Da ihr euch über die Akkus ja schon einig seid 😉.
Ich währe trotzdem für Kondensatoren. Es gibt welche mit mehr als 100Wh pro kg. Hohe Stromaufnahme beim Laden und Stromabgebe beim endladen.
MFg MARcell
DC-Motoren haben schon einige Nachteile... Wirkungsgrad, nicht wartungsfrei und Drehmomentverlauf vor allem. Am besten sind hier immer noch Drehstrommotoren.
Und die Kondensatoren, die 100Wh/kg schaffen würde ich gerne sehen...
Beim Motor dachte ich an die hier:
http://www.pmlflightlink.com/motors/hipa_drive.html
Vorteil:
- Leistungs-Ansteuerung integriert
- Anti-Schlupf integriert, ebenso ABS
- Lastwiderstand integriert (falls die Bremsenergie, z.B. wegen vollem Akku, nicht abgegeben werden kann)
- Handbremse als Option
- leicht (wiegt nur wenig mehr wie die normale Radnabe nebst Bremsscheibe und Sattel)
- bei Ausbildung des Außenläufers als Felgenbett entfällt auch diese --> Gewichtseinsparung
- sehr geringes Rotationsträgheitsmoment im Vergleich zu konventioneller Antriebstechnik (nur Außenläufer der dem normalen Rad entspricht statt Motor, Schwungscheibe, Kupplung, Getriebe, Kardanwelle, Differential und Achswellen) --> sehr viel schnelleres Hochdrehen.
Gelungene Lösung ! (.....ja ich weis: Preis, aber in Serie produziert sehr viel billiger als jeder konventionelle Antriebsstrang).
Gruß SRAM
Zitat:
Es fragt sich nur, wieviel fällt durch das Beschleunigungs- und Bremsmanöver zusätzlich an.
Das ist natürlich ein Gesichtspunkt. Das Fahrzeug taucht beim Bremsen ein --> Änderung CW und Stirnfläche. Vorderräder starker belastet --> Rollreibung wird sich stärker erhöhen als bei den Hinterrädern verringern.
Wäre allerdings auch bei einer konventionellen Bremsanlage nicht zu vermeiden.
Gruß SRAM
Hallo,
Zitat:
Original geschrieben von Wealox
DC-Motoren haben schon einige Nachteile... Wirkungsgrad, nicht wartungsfrei und Drehmomentverlauf vor allem. Am besten sind hier immer noch Drehstrommotoren.Und die Kondensatoren, die 100Wh/kg schaffen würde ich gerne sehen...
bei AC Motoren ist aber der Regelaufwand etwas höher. Du brauchst hier einen Frequenzumrichter, diese gibt es natürlich auch mittlerweile. Gutes Beispiel ist der ICE3 in dem ja Drehstrommotoren + Umrichter im Einsatz sind. Ich sehe nur den Nachteil, das die Umrichter doch einiges an Geld kosten. Bei DC Motoren kannst du direkt die Akkuspannung verwenden, musst sie nur so anpassen das der Motor mit der Leistung läuft die benötigt wird.
Den Link zu den Kondensatoren habe ich grade nicht zur Hand sorry. Auf jeden fall war es eine Erfindung in den USA. Die hatte mehr als 100Wh pro Kg aber auch eine Spannung von 4000V - 5000V. Könnte besonder in Automobielbereich aber ein Durchbruch sein. Hohe Spannungen = niedrige Ströme = höhere Wirkungsgrade. Außerdem sind diese Schnelllade und Endladefähig.
Ich guck nochmal nach dem Link.
MFG MArcell