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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Hallo,
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
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
aber auch nur 2000 U/min. Das heißt, das hier ein Getriebe notwendig wird. Es müsste ein EMotor mit guten 10.000U/min sein. Dann kann das Getriebe entfallen.
MFG MArcell
Frequenzumrichter gibt es schon seit über 25 Jahren und sind in der Industrie quasi überall im Einsatz, die Technik ist also sehr ausgereift. Der Regelaufwand ist höher, aber auch ein Gleichstrommotor ist nicht ganz trivial anzusteuern. Das bisschen Mehraufwand hat deutliche Vorteile, oder was glaubst du, wieso im Modellbaubereich fast nur noch Brushlessmotoren eingesetzt werden? In der Industrietechnik gibt es wie ich schon gesagt habe seit Jahrzehnten kaum noch Gleichstrommotoren.
Zitat:
aber auch nur 2000 U/min. Das heißt, das hier ein Getriebe notwendig wird. Es müsste ein EMotor mit guten 10.000U/min sein. Dann kann das Getriebe entfallen.
.....ähem: Haste mal ausgerechnet wie schnell Dein Fahrzeug wäre, wenn das Rad mit 10.000 U/min dreht ? (Mal davon abgesehen, daß der Reifen sich weit davor schon in Fetzen aufgelöst hat 😁)
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Dabei sind dir zwei kleine methodische Fehler unterlaufen.
Ich kann da keinen methodischen Fehler erkennen.
Die Fragestellung lautete:
Wie viel Energie kann man durch elektrisches Bremsen aus 50 km/h und anschließendes Beschleunigen auf die gleiche Geschwindigkeit durch Zwischenspeichern in einer Batterie einsparen.
In einem idealen System (ohne Verluste) wäre es ja durchaus so dass die kinetische Energie zu 100% als chemische Energie in der Batterie gespeichert wird und dann auch voll wieder zum Beschleunigen auf 50 km/h zur Verfügung steht.
In der Realität treten natürlich in allen beteiligten Komponenten Verluste auf und der Gesamtwirkungsgrad wird nun mal so wie in meiner Rechnung ermittelt.
Auch die Fahrwiderstände (Luftwiderstand...) fallen nicht etwa aus der Berechnung raus sondern die entsprechende Energie ist unwiederbringlich verloren.
Was die Einzelwirkungsgrade betrifft so dürften die angenommenen 85 bzw. 80% durchaus im realistischen Bereich liegen.
Beispiel E-Maschine:
Auch ein E-Motor arbeitet nur in seinem Bestpunkt mit den z.B. von Dir angenommenen 92% Wirkungsgrad.
Beim Anfahren aus dem Stand ist der Wirkungsgrad bei diesem Betriebspunkt sogar unendlich schlecht nämlich 0%.
Dem Motor muss zum Aufbau eines Drehmomentes Energie zugeführt werden während die abgegebene Leistung Null ist (Drehzahl=0).
Im Praxiseinsatz wird der Wirkungsgrad also zwischen den Extremfällen 0% und 92% liegen.
Ähnliches gilt für den Umrichter.
Hier muss eine Gleichspannung in eine 3-Phasen Wechselspannung mit stark unterschiedlicher Frequenz gewandelt werden (und zum Bremsen in umgekehrter Richtung!!!).
Ein Wirkungsgrad von über 95% wäre da ebenfalls nur im Bestpunkt erreichbar.
Zitat:
"(dieses würde sonst auch viel zu heiß)"
Wird es auch.
Deswegen müssen die Bauteile (aber auch die Batterie und der Motor) mit Fremdenergie gekühlt werden.
Das verschlechtert die Bilanz nochmals (haben wir großzügig "vergessen"😉.
In unserem Beispiel wird sich also der Gesamtwirkungsgrad irgendwo zwischen 10% und 30% bewegen.
Ich wollte das nur mal Aufzeigen weil in den ganzen Threads zum Thema Alternative Antriebe so viel Euphorie herrscht (vor allem wenns um Akkus geht) dass man sich oft meilenweit von der Realität entfernt.
Die 2000 U/min sind für einen direkten Antrieb absolut ausreichend, damit erreicht man je nach Radgröße etwa 180-220 km/h. Für ordentliche Fahrleistung muss man aber wohl die großen Motoren wählen. Beim Verbrenner siehts mit dem Drehmoment etwa so aus:
Ein 2l Benziner hat 180 Nm am Motor. Im 3ten Gang soll er 1.65:1 Übersetzung haben und ein 4.1:1 Differential, so sind das 1218 Nm am Rad.
Umrichter plus AC-Motor ist zweifelsohne das bessere Konzept. Kein Bürstenverschleiß und außerdem können die Motoren in einem weitem Drehzahlbereich hohe Leistung bringen. Glaube aber nicht, dass man einen Umrichter mit über 100 kW Spitzenleistung günstig bekommt.
Zum Bremsen und beschleunigen:
- Fahrzeug ohne Generatorbremse:
--kinetische Energie vor dem Bremsen: 0,15 kWh. Je nachdem wie stark ich bremse habe ich einen unterschiedlich langen Bremsweg, ich nehme mal an ich bin vorausschauend gefahren, bremse daher kommod und stehe nach 30 Metern. Ein Teil der kinetischen Energie ist dabei nicht durch die Bremsen abgebaut worden, sondern zur Überwindung der Fahrwiderstände auf diesen 30 Metern gebraucht worden. Im vorliegenden Beispiel sei das ein Drittel. Die restlichen zwei Drittel sind von der Bremse in Wärme verwandelt worden.
--nun beschleunige ich das Fahrzeug wieder auf die ursprüngliche Geschwindigkeit. Am Ende der Beschleunigungsphase steckt im Fahrzeug wieder die gleiche Kinetische Energie wie zu beginn des Bremsmanövers. Der Einfachheit halber nehme ich mal an, daß ich genauso stark beschleunige wie zuvor bremse. Dann ist der Beschleunigungsweg ebenfalls 30 Meter und es wurde neben der kinetischen Energie von 0,15 kWh zur Überwindung der Fahrwiderstände 0,05 kWh aufgewendet.
Fahrzeug mit Generatorbremse:
- Bremsen: hier landen nun 0,1 kWh mal dem Wirkungsgrad der Umwandlung (wie groß man den jetzt auch immer ansetzt) der Kette Wheel-Generator / Batterie in der Batterie.
- Beschleunigen: genau identisch zu oben.
Als Wirkungsgrad habe ich definiert wieviel der von der Bremse sonst vernichteten Energie in der Batterie landet. Diese Definition erscheint mir vernünftig, da so das Fahrzeug ohne Generatorbremse den Wirkungsgrad null (= keine Energie des Bremsvorganges findet sich in der Batterie wieder) und das Fahrzeug mit idealen Batterien und idealem Generator den Wirkungsgrad 100% (=alle sonst in der Bremse in Wärme umgewandelte Energie landet in der Batterie) hat. Alle anderen Definitionen würden wegen der nicht vermeidbaren Fahrwiderstände andere Bereiche überdecken, was ich für Wirkungsgrade nicht für angebracht halte.
Sorry, hätte vieleicht erst die definitiv hinschreiben sollen.
Gruß SRAM
P.S.: zu dem Wirkungsgrad der Motor / Steuergerät - Einheit: bitte beachten, daß es sich quasi um einen Steppermotor handelt, der in weiten Bereichen einen hohen Wirkungsgrad realisieren kann. Das ist kein normaler Frequenzumrichter oder gar ein Asynchronmotor.
P.P.S.: zum Drehmoment: vier der kleinsten Motoren bringen zusammen 1400 Nm. Das reicht um die Räder durchdrehen zu lassen, weshalb die Anti-Schlupf-Regelung essentiell ist. Mehr Kraft muss nicht sein, oder ?
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
P.P.S.: zum Drehmoment: vier der kleinsten Motoren bringen zusammen 1400 Nm. Das reicht um die Räder durchdrehen zu lassen, weshalb die Anti-Schlupf-Regelung essentiell ist. Mehr Kraft muss nicht sein, oder ?
Also ich finde 1400 Nm nicht gerade so üppig. Bei einer üblichen Bereifung (z.B. 195/65/15) ergibt das eine Zugkraft von 4340 N. Ein 1400 kg schweres Elektroauto schafft damit eine 18 Grad Steigung. Da hat man bei manchen Garagenausfahrten Probleme überhaupt hoch zu kommen. Von der Traktionsgrenze ist man da noch meilenweit entfernt, wenn man bedenkt, dass man knapp 1 g beschleunigen kann. Das wären dann etwa 13 kN oder etwa 4200 Nm Drehmoment auf der (den) Antriebswellen.
Meine Berechnungen zur Rekuperation waren - wie von Anfang an gesagt - sehr optimistisch. Reale Systeme liegen mit Sicherheit schlechter.
Was bitte kann eine PWM-Steuerung für einen Gleichstrommotor besser als ein 4 Quadranten-Umrichter? Zum E-Motor: Naja der Verbrenner hat am Stand auch einen Wirkungsgrad gleich null. AC-Motoren lassen sich aber über einen weiten Bereich sehr effizient betreiben. Gleichstrommotoren zum Antrieb (z.B. in Bahnen) sind zum Aussterben verurteilt, denn jedes 1% mehr Wirkungsgrad hat sich bald amortisiert und natürlich wg. Wartungskosten.
Ein Umrichter für 50 PS / 40KW kostet in den USA etwa $ 2400, das ist allerdings 460V 3 Phasen.
Brems-Chopper = db resistor = dynamische brems resistoren.
Zumindestest in den USA hat man dieses Wort gewählt um Verwechslung mit "echten" Bremsen zu unterbinden
Normalerweise ausgelegt um die Volle Bremsleistung eines Motors aufzufangen.
Könnten sie das nicht würde die Kontrolle zusammenschmelzen.
Das heisst, es ist elektrisches bremsen, das ist alles auf Industrie bezogen, nicht Auto's. Es wird viel angewendet, aber das Hauptandwendungsgebiet sind Brückenkräne bei denen kontrolliertes Bremsen sehr wichtig ist
Mit theoretischen Formeln bin ich nicht so gut, bin mehr Praxisbezogen.
Das grösste Problem mit wiedereinspeissen der Dynamischen Bremsenergie sind die Batterien.
Für Coca Cola hab ich keine Nummern, sie benützen 12 Tonnen LKW, Elektro-Hybride.
Versuche mit Schweren Müll-LKW's zeigen Ersparnisse zwischen 20 und 40%, nimmt man das Mittel, also 30% Kraftstoffeinsparung hat man wohl einen realistischen Wert.
Das System ist dann mehr als Anfahrhilfe ausgelegt.
In meinem Kopf gleicht 30% Ersparniss etwa 50 bis 60% Regeneration.
Allerdings ist der Start-Stop Zyklus bei diesen Fahrzeugen sehr kurz, etwa 50 bis 100 Meter. Um die volle Rekuperation zu erreichen hat man statt Batterien hydraulische Speicher verwendet, bin mir nicht sicher ob das leicht genug is für ein Kompaktauto.
Ansonsten müsste man wohl Kapazitoren einbauen um der Rückfuhrung von Strom in die Batterien beim bremsen die Spitze wegzunehmen.
Oder es so schalten das Max bremsen und Max beschleunigung über die Kapazitoren gemacht wird.
Gruss, Pete
Nachtrag: Ich begreife nicht ganz wieso 1400 NM nicht genug sind einen Golf zu bewegen???
Unsere Reachstacker wiegen 70 Tonnen leer, 110 Tonnen beladen und haben nur 2400 NM zur Verfügung....
Naja, da hat wohl jemand N mit Nm verwechselt.
Vorteil für irgendwelche Lieferfahrzeuge mit geringen Start-Stop-Zyklen ist ja eher, dass der Motor konstante Leistung abgeben kann und nicht ständig durch Anlassen belastet wird. Ich glaube es gibt aber Busse (sogar von Mercedes wenn ich mich recht erinnere), die mit Super-Caps arbeiten und dadurch auch schnell Bremsenergie speichern können.
@Reachstacker: 1400 Nm an den Rädern ist was anderes als 1400 Nm am Motor und somit VOR dem Getriebe. Die Rede war von Radnarbenmotoren, welche die Räder direkt antreiben. Da erreicht man mit einer Standardreifengröße eine Zugkraft von 4340 N, was für steile Garagenauffahrten nicht ausreichend ist. Wenn man den Antrieb auf Höchstgeschwindigkeit auslegt, hat man dann eventuell Anfahrtsprobleme. Mit Getriebe wäre es natürlich kein Problem, doch dann braucht man keine Radnarbenmotoren.
Zitat:
Original geschrieben von Symtomatics
@Reachstacker: 1400 Nm an den Rädern ist was anderes als 1400 Nm am Motor und somit VOR dem Getriebe. Die Rede war von Radnarbenmotoren, welche die Räder direkt antreiben. Da erreicht man mit einer Standardreifengröße eine Zugkraft von 4340 N, was für steile Garagenauffahrten nicht ausreichend ist. Wenn man den Antrieb auf Höchstgeschwindigkeit auslegt, hat man dann eventuell Anfahrtsprobleme. Mit Getriebe wäre es natürlich kein Problem, doch dann braucht man keine Radnarbenmotoren.
Deswegen haben ja E-Motoren eine sog. Nennleistung und eine sog. Spitzenleistung. Ich denke, damit wir er wohl jede Garagenausfahrt schaffen. Sonst würden viele Frauen ja nur selten aus der Garage kommen, die überproportional Koordinationsschwierigkeiten mit Gas und Kupplung haben. Wenn dann "Papi" Tips gibt und "Mami" wpeder zurück Papi über die Füße rollt, bleiben natürlich Narben 😉
@ Alle die geantwortet haben: Vielen Dank! 🙂
Ich muss mich da irgendwie verlesen haben....
Gruss, Pete
Zitat:
Original geschrieben von Noris123
Beispiel E-Maschine: Beim Anfahren aus dem Stand ist der Wirkungsgrad bei diesem Betriebspunkt sogar unendlich schlecht nämlich 0%.
Dem Motor muss zum Aufbau eines Drehmomentes Energie zugeführt werden während die abgegebene Leistung Null ist (Drehzahl=0).
Sag mal, wie berechnest du denn den Wirkungsgrad? Verwechselst du hier nicht etwas?
Der Wirkungsgrad ist abgegebene Energie (mechanische Energie, als Wkin) durch aufgenommene Energie (Elektroenergie) Betrachtest du aber den Zeitpunkt Null, also im Moment des Einschaltens, hast du logischerweise Geschwindigkeit Null - damit kinetische Energie Null (Auto steht noch am Fleck). Dummerweise hast du aber auch bei der aufgenommenen Energie E=U*I*t im Zeitpunkt Null eben auch Null. Diese Art Grenzwertbetrachtung beim Losfahren ist völlig aberwitzig für die Berechnung des Wirkungsgrades.
Wundert mich schon, wie viele den Denkfehler überlesen haben. Die Energie kannst du nur bei t>0 betrachten und da kommt dann schon wieder als Nettoleistung P=m*a in Betracht. Ich denke nicht, daß dort der Nettowirkungsgrad unter 60% fürs System absinkt, (Rollwiederstand und Luftwiderstand sind noch sehr gering) müßte man mal messen.
Ein Verbrenner mit schleifender Kupplung verbrät dort wesentlich mehr Energie in Wärme
Zitat:
Wundert mich schon, wie viele den Denkfehler überlesen haben.
Naja, weil es zwar uninteressant ist, aber richtiger als deine Interpretation!
Wirkungsgrad is bezogen auf die Leistung nicht auf die Energie !!