Grenzen der Rekuperation

Hallo zusammen ich habe mich hier im Forum angemeldet und hoffe, dass ich hier Antworten auf meine Fragen bekomme und auch selbst finde.

Ich bin Student (Fahrzeugtechnik) und schreibe gerade eine Studienarbeit über das Thema Rekuperation.

Eigentlich ist die Studienarbeit über das Aufzeichnen und Auswerten von gemessenen Fahrzyklen, die ich mit einem GPS-Empfänger aufgezeichnet habe.
Aus diesen Daten möchte ich nun herausfinden wieviel Potential im Straßenverkehr bzw in meinen Fahrzyklen steckt um die Rekuperation zu nutzen.

Ich habe dazu eine Exceltabelle erstellt die meine Fahrzyklen erst einmal auswertet und mir zu jedem Zeitpunkt ausgibt welche Kraft, Leistung und Energie ich benötige. (Reibung, Beschleunigung, Luftwiderstand etc.)

Da es ja um die Bremsenergie geht schaue ich besonders auf die Bremsvorgänge und berechne wie stark, wie lange und wie oft ich so bremse. Daraus ergibt sich dann wieviel Bremsleistung ich brauche und wieviel Bremsenergie umgesetzt wird. Berücksichtigt wird auch die "Eigenbremsung" durch die Fahrwiderstände.

Nun kommt die Elektrotechnik ins Spiel.

Wie gesagt geht es in meiner Arbeit um die Fahrzyklen und die Auswertung. Das Thema rund um die Motoren gehört zwar dazu aber ich möchte nicht zu sehr ins Detail gehen mit der Elektrotechnik. (War auch noch nie ein Freund davon eigentlich;))
Ich hatte mir überlegt, dass die Berechnung sich nur auf wenige Daten zu den Generatoren, der Steuerung und der Batterie bezieht und damit berechnet. Also Durschnschnittswerte oder eben Werte von einem bestimmten Motor. Allerdings habe ich noch kein Datenblatt gefunden wo dies drauf steht.

Bisher möchte ich folgende Werte berücksichtigen und ich denke es sollte auch ausreichen und nicht zu sehr ins Detail gehen:

1) Welche Bremsleistung kann zum Beispiel ein Radnabenmotor bringen?
Bremsleistung besteht in der Berechnung aus der Raddrehzahl und dem Bremsmoment welches das Auto verzögern soll. (P=2*pi*M*n). Ist die Bremsleistung überhaupt relevant solange ich mich unterhalb des maximalen Drehmoments befinde?

2) Welches Bremsmoment kann der Motor/Generator maximal aufbringen?
Wenn man stärker verzögern will muss die Reibungsbremse dann eingreifen.

3) Wieviel Energie kann der Motor aufnehmen?
Ich bin mir nicht sicher ob ich diesen Punkt mir rein nehme in die Berechnung.
Gemeint ist, dass der Motor/Generator sich ja auch durch Verluste erwärmt und demnach auch zu heiß werden kann wenn ich zu lange bremse. Um einen Schaden an den Magneten etc. zu vermeiden sollte dann irgendwann die Reibungsbremse eingreifen und den Generator entlasten.
Ich denke aber, dass das zu komplex wird weil damit ja auch berücksichtigt werden muss wie der Motor gekühlt wird und wie warm er zu jedem Zeitpunkt schon ist.
Lasse ich erst einmal aussen vor.


Weitere Werte wären dann die Wirkungsgrade:
- Batterie beim Entladen
- Steuerungselektronik
- Motoren beim Antrieb
sowie
- Generatorbetrieb des Motors
- Steuerungselektronik (Wird wohl gleich sein wie beim Antreiben oder?)
- Batterie beim Laden

Prozentuale Durchschnittswerte sollen für die Berechnung ausreichen. Wenn es unbedingt sein muss würde ich mit Kennfeldern arbeiten, da die Wirkungsgrade ja mit der Drehzahl, dem Stromfluss etc. zusammenhängen können.
Hier werde ich gleich auch nochmal meine Unterlagen durchschauen um zu sehen mit welchen Werten wir in der Vorlesung gerechnet haben.

Ideal wäre natürlich wenn man einen Beispielmotor hat, der als realistischer Fahrzeugantrieb dienen kann, und der folgende Werte liefert:
- maximales Bremsmoment in Nm
- maximale Bremsleistung in kW
- maximale Energieaufnahme in J oder KJ um nicht zu überhitzen


Ich suche nun Erfahrungswerte, Durchschnittswerte oder Datenblätter woraus ich sowas entnehmen kann.
Geschaut habe ich schon bei Bosch und 2-3 anderen Herstellern von Elektromotoren. Leider finde ich da nicht die entsprechenden Werte und habe keine Datenblätter zu speziellen Motoren gefunden.
Bei den Elektrofahrzeugen werden die Hersteller der elektrischen Bauteile oft gar nicht genannt sondern nur das Auto angepriesen.


Würde mich sehr über Antworten freuen. Zahlenwerte, Links, Datenblätter oder Ideen wie ich an die Daten komme.

Wenn die Tabellenberechnung fertig ist soll der Anwender später seine Daten eingeben die er untersuchen möchte. Da hab ich dann nichts mehr mit am Hut:rolleyes:


Gruß Daniel
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Grenzen der Rekuperation

Hallo 7,5m!
Eine Studienarbeit über das Thema Rekuperation
OHNE ins Detail zu gehen mit der Elektrotechnik,
von der du eigentlich auch noch nie ein Freund warst,
wird vielleicht interessant, aber sicher nicht vollständig:
Du kannst da nur am Allerelementarsten rumkratzen
und da versuch ich dir mal zu helfen:

1) Welche Bremsleistung kann zum Beispiel ein Radnabenmotor bringen?
2) Welches Bremsmoment kann der Motor/Generator maximal aufbringen?
Du kannst davon ausgehen, dass du mit Elektromotoren MINDESTENS ihre Nennleistung bremsen kannst, kurzfristig deutlich darüber. Die Bremsleistung idt dabei sensibelst steuerbar, wenn das die Steuerung kann.Wenn man stärker verzögern will, muss die Reibungsbremse dann eingreifen.

3) Wieviel Energie kann der Motor aufnehmen?

Dieser Punkt ist wichtig, wenn ÜBER der Nennleistung des Motors gebremst wird. Die Magneten (sofern vernünftige eingesetzt sind und die Maschine keine Fehlkonstruktion ist) sind dabei die Bauteile, die am spätsten Schaden nehmen; in der Regel leidet die Wicklungsisolation bzw. -so vorhanden- Kollektor und Bürsten. Es ist jedoch ein Leichtes, da einen Temperaturfühler mitzuwickeln, der auf die Steuerungselektronik einwirkt und so das Verbraten der Maschine sicher ausschließt.
Die Verlustleistung beim Bremsen (Generatorbetrieb) führt die ohnehin für den Motorbetrieb erforderliche Motorkühlung (heutzutage ab Moped-Leistungen ohnehin Wasserkühlung) ab, die man einfach überdimensionieren kann.
"Irgendwann die Reibungsbremse eingreifen und den Generator entlasten" ist das Gegenteil von Rekuperation.

Weitere Werte wären dann die Wirkungsgrade:
- Batterie beim Entladen => Von der Batterieart, Größe und Entladung abhängig - von 40% bis 98%
- Steuerungselektronik => Von der Elektronik, dem Motorstrom und damit der Batteriespannung abhängig.
- Motoren beim Antrieb => Von der Bauart und vor allem von der Größe abhängig - 30% bis 95%
- Generatorbetrieb des Motors
- Steuerungselektronik ist nicht unbedingt gleich sein wie beim Antreiben
- Batterie beim Laden ????
 
AW: Grenzen der Rekuperation

Ich danke schonmal für deine Antwort!

Ja gemeint war das mit der Elektrotechnik so, dass ich es nicht mit allen Feinheiten und Details mit einarbeiten werde. Das Thema der SA ist zum Großteil auf die Aufzeichnung und Auswertung der Fahrzyklen bezogen.
Dass ich um die Elektrotechnik nicht drum herum komme ist klar und es soll ja auch mit einbezogen werden.
Möchte nur vermeiden, dass ich nachher soviele Informationen habe die ich gar nicht mehr alle sinnvoll mit einbringen kann. Durchschnittswerte und etwas vereinfachte Annahmen reichen da aus.

Du kannst davon ausgehen, dass du mit Elektromotoren MINDESTENS ihre Nennleistung bremsen kannst, kurzfristig deutlich darüber.
Kann man also annehmen, dass ich mit einem Motor der 20 kW Nennleistung hat ohne Probleme auch mit 20 kW Bremsleistung fertig wird.

Wie sieht das mit dem Moment aus? Wieviel Dreh- bzw. Bremsmoment kann der Motor bringen?
Ist das gleichwertig mit dem Antriebsmoment welches der Motor hat? (Dazu kann ich morgen mal ein Diagramm skizzieren vielleicht kann man das daran schon sehen oder erklären)
Das "kurzfristig deutlich drüber" liegt dann an der Wärmeentwicklung oder?
Als Vereinfachung könnte ich also in meiner Berechnungstabelle einbauen, dass geschaut wird wieviel und wie lange ich über der Nennleistung abbremse.
Zum Beispiel für 10 Sekunden das Zweifache der Nennleistung und danach ein Eingriff durch die Reibungsbremse um den Generator zu entlasten und zu schonen.

Richtig?

Die Magneten [...] sind dabei die Bauteile, die am spätsten Schaden nehmen; in der Regel leidet die Wicklungsisolation bzw. -so vorhanden- Kollektor und Bürsten. Es ist jedoch ein Leichtes, da einen Temperaturfühler mitzuwickeln, der auf die Steuerungselektronik einwirkt und so das Verbraten der Maschine sicher ausschließt.
Ok ich hatte die Magneten gerade im Kopf weil ich von denen gelesen hatte, dass sie bei zu hohen Temperaturen entmagnetisiert werden und somit Schaden nehmen können.
Welches Bauteil nun genau als erstes Schaden nimmt ist aber für meine Betrachtung auch irrelevant.
Wir möchten ja, dass der Generator heile bleibt und vor den ersten Schäden schon eingreifen.

Die Verlustleistung beim Bremsen (Generatorbetrieb) führt die ohnehin für den Motorbetrieb erforderliche Motorkühlung [...] ab, die man einfach überdimensionieren kann.
Da mir genauere Daten nicht vorliegen UND diese Berechnung auch nicht auf einen Motor genau abzielt kann ich darauf ja nicht eingehen.
Ich würde dann, wenn es Sinn macht, auch mit einem Faktor arbeiten der als Kriterium dient wie ich bremsen kann.
Zum Beispiel: Wirkungsgrad des Generators -> Verlustleistung -> über die Zeit betrachtet: Energie, und dafür dann einen Grenzwert angeben bis zu dem ich das Bremsen zulasse und ab dem ich den Generator entlasten muss um ihn nicht zu überfordern / überhitzen.
Vielleicht ein Zeitfenster wählen und schauen wieviel Energie in den letzten x Sekunden angefallen ist. Wenn der Grenzwert erreicht ist muss ich den Generator entlasten und ihm eine bestimmte Zeit geben um sich zu kühlen. (So in der Art stelle ich mir das vor)

Zu den Wirkungsgraden:
Wäre schön wenn man einfach fixe Werte nehmen könnte aber dem ist wohl nicht so.
Wir haben in der Vorlesung öfters mit Iterationsschleifen gerechnet um Spannungen und Ströme an einem Akku in einem bestimmten Betriebspunkt zu berechnen.
Ich befürchte das sprengt meine Tabelle wenn ich zu jedem Datensatz eine solche Berechnung durchführen will.
Teilweise habe ich Zyklen mit mehreren Tausend Sekunden und das geht dann auf die Laufzeit der Berechnung.
Da es mir aber um die Bremsvorgänge geht ist das ENTladen ja nicht soo wichtig. Mal schauen ob man da etwas vereinfachen kann.

Hat die Batterie beim Laden einen anderen Wirkungsgrad als beim Entladen? Ich denke schon oder?

Der Wirkungsgrad der Motoren oder des Motors werde ich aus einem Kennfeld entnehmen.
Wir haben aus der Vorlesung ein spezifisches Motorkennfeld welches die prozentualen Wirkungsgrade eines Beispielmotors aufzeigt.
Dabei hat man die Drehzahl von 0 - 400% auf der X-Achse, das Drehmoment von 0 - 100% auf der Y-Achse, eine Kurve der Volllast und darunter eine Art Muscheldiagramm mit den entsprechenden Wirkungsgraden.
Der beste Wirkungsgrad ist mit 94% angegeben und liegt in etwa bei 20% des Nennmomentes und 300% der Nenndrehzahl.
Dieses Diagramm werde ich in eine Tabelle umformen und dann je nach Zustand daraus einen Wirkungsgrad ermitteln.

Auch dies bezieht sich auf den Motor beim Antrieb.
Im Generatorbetrieb wird der Wirkungsgrad doch etwas anders sein oder?
Sind das große Unterschiede oder kann man das vernachlässigen und annehmen der Motor hätte beim Antreiben und beim Bremsen die gleichen Wirkungsgrade?

Die Steuerelektronik haben wir in der Vorlesung bisher immer mit einem Wert angenommen. Also unabhängig vom Stromfluss etc.
Das möchte ich in der Berechnung auch machen und dort einen durchschnittlichen Wert einsetzen.
Habs leider nicht vorliegen. Ich mein wir haben vereinfacht einen Wirkungsgrad von 98% angenommen.


Ich seh schon das wird noch etwas arbeit... Ich hoffe nur, dass die Tabelle nicht zu langsam wird.
Gerade mit Verweisen in der Tabelle und größeren Berechnungen merkt man sehr schnell wie dieLaufzeit ansteigt. Teilweise reagiert das Programm nicht mehr und man muss warten bis alles fertig ist.
Das möchte ich soweit es geht vermeiden.

Für euch Elektrotechniker wahrscheinlich ein Grauß die Sache so zu vereinfachen und möglichst auszublenden.:)
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Grenzen der Rekuperation

Kann man also annehmen, dass ich mit einem Motor der 20 kW Nennleistung hat ohne Probleme auch mit 20 kW Bremsleistung fertig wird.
Messerscharf geschlossen ... und mehr auch noch: So 25 oder vielleicht auch 30 kW wird der LOCKER bremsen!
Das Dreh- bzw. Bremsmoment kannst du dir mit der von dir oben zitierten Formel errechnen
und weil die Bremsleistung gleich der Antriebsleistung ist, kommt das auch auf´s Gleiche hin.

Das "kurzfristig deutlich drüber" liegt an der Wärmeentwicklung:
Soweit das Eisen nicht in die Sättigung fährt, kannst du den soweit überlasten,
als die Wärmekapazität der Maschine schluckt (bevor´s weggekühlt wird), ohne dass die Wicklung zu heiss wird
(Die Grenze wird da so bei 200°C liegen, je nachdem, wie lange die Mühle halten soll.).*
Das Zweifache der Nennleistung wird nur bei großzügig dimensionierten Maschinen möglich sein,
ist aber durchaus nicht ausgeschlossen.

Ob die Maschine zum Bremsen des Gefährtes reicht oder ob man da weitere Bremsen braucht,
hängt von der Dimensionierung und vom Einsatzzweck ab:
Sowohl eine untermotorisierte Morchel als auch ein Elektrorenner wird ohne die nicht auskommen;
ein mit soliden Reserven ausgestattetes Alltagsgefährt u.U. darauf verzichten können (Da ist der Flaschenhals die Batterie.).
Nachdem du aber (außer auf langen Gefällestrecken) IMMER dem Motorbetrieb mehr Schmalz entlocken müssen wirst,
wird die thermische Betrachtung des Motorbetriebes vorrangig sein
und die des Generatorbetriebes fällt einem in den Schoß.

Zu den Wirkungsgraden:
Die Batterie hat beim Laden keinen "anderen" Wirkungsgrad als beim Entladen:
Der Batteriewirkungsgrad = entnommene Energie / reingeladene Energie
und der ist in weiten Bereichen variabel.

Im Generatorbetrieb ist der Wirkungsgrad ziemlich der gleiche wie im Motorbetrieb.
Die Maschine hat beim Antreiben und beim Bremsen die gleichen Wirkungsgrade.

Den Wirkungsgrad der Steuerelektronik betrachtet man am Besten gemeinsam mit dem der Maschine;
gute Kombinationen kommen da auf ca. 90% im idealen Last- und Dehzahlbereich.

Ich fürchte, dass deine vielen Vereinfachungen und Annahmen wirklich wirklichkeitsfremde Ergebnisse bringen wird:
Das solltest du MESSEN oder dir gleich ein Schätzergebnis aus den Fingern saugen.


*) Die Magneten werden tatsächlich bei zu hohen Temperaturen entmagnetisiert
und zwar beim Curie-Punkt => googeln: Da ist die Wicklung weit vorher Asche!

P.S.: Für uns Elektrotechniker vereinfacht Gauß die Sache und auszublenden tut der nix!
 
AW: Grenzen der Rekuperation

Wie ist das theoretisch: Könnte ich den Motor, neben der generatorischen Bremsung auch noch mit gegenpoligem Strom beaufschlagen, dass der sozusagen "aktiv elektrisch" bremst?
In einem Elektrofahrzeug müsste so ein Vorgang innerhalb weniger Meter bzw. Sekunden abgeschlossen sein. Wenn ich mir die rotierenden Bremsscheiben im konventionellen Auto anschaue, können die auch eine Vollbremsung ab, ohne dass die gleich das glühen anfangen - allein durch ihre Masse, die erst mal erhitzt werden muss.
Eine Elektromaschine mit aktiver Kühlung sollte das doch auch kurzzeitig abkönnen, oder? Klar, bei mehrmaligem Bremsen müsste eine alternatives System die Sache übernehmen, sonst überhitzt die E-Maschine.

Gruß, Jürgen
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Grenzen der Rekuperation

Hi Jürgen!
Du möchtest alsso an die Maschine die verkehrte Spannung anlegen?
Das bedeutet, dass die Maschine die umgekehrte Spannung liefert als die Spannungsquelle,
wodurch auf jeden Fall ein mörderischer Strom fließen würde - nicht im Sinne des Themas!

Auch in einem Elektrofahrzeug ist so ein Bremsvorgang NICHT (zwangsläufig) innerhalb weniger Meter bzw. Sekunden abgeschlossen:
Es kommt eben drauf an, wieviel Bewegungsenergie rekuperiert werden muss!

Wenn du dir die rotierenden Bremsscheiben im konventionellen Auto anschaust
und nach einer nächtlichen Vollbremsung aus Autobahngeschwindigkeit die Scheinwerfer abschaltest,
dann hast du ein sehr schöne Effektbeleuchtung, denn die Scheiben glühen hellorange:
Die haben auch oft über 100kW Bremsleistung verbraten! (Bitte nachrechnen!)
Eine kräftige Elektromaschine mit aktiver Kühlung kann das durchaus auch,
aber die tut sich dabei DEUTLICH leichter als die Bremsscheibe,
weil die die Energie nicht abstrahlen muss,
sondern in die Batterie buttert
 
AW: Grenzen der Rekuperation

Ah ja, hast recht, das wäre nicht so günstig mit der Bremserei - es kam mir nur gerade in den Sinn, da wir jahrzehntelang phasenanschnittgeregelte 2-tourige Aufzugsmotoren mit Gleichstrom auf der niedertourigen Wicklung bremsten (was zwar auch mächtig Wärme produzierte, aber lief), gut die Maschinen waren zwangsbelüftet, auch im Stillstand über Thermoschalter...

Gruß, Jürgen
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Grenzen der Rekuperation

DAS ist etwas GANZ anderes:
Ihr hab eine polumschaltbare ASYCHRONMASCHINE mit Gleichstrom gebremst;
auch wenn das wirklich prima funktioniert und auch super dosierbar ist,
kommt es dabei zu KEINER Rekuperation im Sinne von Nutzbremsung.
Demzufolge wird auch keine Bremsenergie (an eine Batterie) abgegeben,
sondern tatsächlich alles in der Maschine DRINNEN verheizt.
 
AW: Grenzen der Rekuperation

Der Trick einen Drehstrommotor mit Gleichstrom zu bremsen, hat aber wenig mit Rekuperation zu tun.

Eines von unseren Testfahrzeugen wurde mit einer Messeinrichtung ausgestattet, die den Strom beim Beschleunigen und Bremsen anzeigte. So der TE ein echtes Fahrzeug hat und nicht nur thoretisch mit dem Finger auf dem Stadtplan rumfährt, kann er sich sowas ähnliches leicht einbauen und die Werte in ein mitfahrendes Notebook übertragen.

Wenn man dann noch den Spannungsverlauf zeitgleich mitschreibt, hat man schön die Leistung, die abgegeben oder rekuperiert wird.
 
AW: Grenzen der Rekuperation

So der TE ein echtes Fahrzeug hat und nicht nur thoretisch mit dem Finger auf dem Stadtplan rumfährt,..
Leider habe ich kein Fahrzeug an dem ich eine solche Messung durchführen kann.
Ich zeichne die Fahrzyklen im Straßenverkehr auf mit einem ganz normalen PKW mit Ottomotor.
Der Geschwindigkeitsverlauf wird dann ausgewertet mit Beschleunigungen, Verzögerungen und es wird berechnet wieviel Kraft, Leistung und Energie benötigt wird um so zu fahren.

Wenn ich jetzt in einem Elektrofahrzeug fahren würde und der übrige Straßenverkehr identisch wäre, dann hätte ich ja den gleichen Geschwindigkeitsverlauf. Daher gibt es ja eine Vergleichbarkeit.

Die Frage ist also wieviel könnte man aus dieser Fahrweise und dem Fahrprofil herausholen und was ist möglich.
Die benötigte Energie kann daraus grundlegend berechnet werden und auch die maximal zurück gewonnene. Es fehlt jetzt eben noch der entscheidene Teil des Fahrzeuges selber. Also wieviel von dieser Energie kann das Fahrzeug wirklich rekuperieren bzw. was muss vor Abzug der Verluste bereitgestellt werden.
 
AW: Grenzen der Rekuperation

Leider habe ich kein Fahrzeug an dem ich eine solche Messung durchführen kann.
( ... )
Wenn ich jetzt in einem Elektrofahrzeug fahren würde und der übrige Straßenverkehr identisch wäre, dann hätte ich ja den gleichen Geschwindigkeitsverlauf. Daher gibt es ja eine Vergleichbarkeit.

Diese Annahme ist völlig falsch, da mit einem E-Auto anderes Fahrverhalten angesagt ist, als mit einem Benziner. Sowohl Beschleunigungsverhalten als auch Reibungswerte unterscheiden sich erheblich. Deine komplette Arbeit wäre also völlig wertlos.

Du könntest Dich an einen gewissen Herrn Eckard (Schreibweise des Namens eventuell abweichend - ich habe grad seine Kontaktdaten nicht zur Hand) bei Zweiten Deutschen Fernsehen (ZDF) in Mainz wenden. Der kennt Leute in ganz Europa mit E-Autos, die auch teilweise technisch etwas bastelbereit und "Forschern" gegenüber aufgeschlossen sind. Der empfiehlt die vielleicht jemanden in Deiner Nähe, gibt Tipps und mit etwas Glück bist du vielleicht im Fernsehen anschliessend.

Da besorge dir mal ein Auto und Messequipment, damit das was vernünftiges wird.

Viel Erfolg!
 
AW: Grenzen der Rekuperation

Völlig falsch ist das schonmal nicht.

Klar sollte man mit einem Elektrofahrzeug anders fahren als man es nun gewohnt ist. Die Fahrweise die nun spritsparend und Umweltschonend ist kann ja bei Elektroautos abweichen.
Grundlegend jedoch ist der Unterschied nicht so groß. Egal woher ich die Energie nehme und wie ich sie verwende. Ich brauche mehr Energie wenn ich immer stark beschleunige oder immer hohe Geschwindigkeiten fahre. Das Fahrverhalten wird sich also nicht komplett umkehren.
Natürlich sollte man mit einem Elektroauto anders fahren.

Ich möchte aber schauen wie es JETZT aussieht.
Wir werden nicht von heut auf morgen alle elektrisch fahren. Daher ist auch eine allgemeine auf E-Fahrzeuge zugeschnittene Verkehrsdynamik noch nicht in Sicht.
Auch wird sich die Fahrweise die bei Elektro sinnvoll ist nicht dirket durchsetzen. Spritsparende Fahrweise wurde früher auch nur von wenigen genutzt. Erst jetzt wo das tanken teurer wird und man überall von Umweltschutz etc. spricht, sind Kurse zum Spritsparen angesagt.
Der Mensch ist eben ein Gewohnheitstier und da stellt sich keiner mal eben um.

Klar wenn sich jemand mit der Thematik beschäftigt, technische Hintergründe kennt und einen Sinn in der Sache sieht, dann wird er sich ehr passend verhalten als jemand der das Auto nur nutzt um von A nach B zu kommen.

Nimm irgendjemanden der das Auto nur nutzt ohne sich näher dafür zu interessieren.
Setze ihn in ein Elektrofahrzeug und lass ihn fahren. Wird er nun groß anders fahren als mit einem Benziner? Ich glaube kaum.
Unterschiede in der Fahrweise werden da nur durch die Technik vorgegeben. Also die Möglichkeit stärker zu beschleunigen oder aber auch den Nachteil einer geringeren Reichweite mit evtl. nachlassender Leistung.

Wenn ich in die Werbung schaue, dann wird mit der Rekuperation geworben.
Es hört sich gut an wenn man hört, dass man die Batterie läd beim Bremsen.

Und ich wollte schauen wie sich die Rekuperation wirklich auswirken könnte, wenn man sie jetzt nutzt.
Also quasi wieviel ich sparen kann wenn ich statt eines Benziners nun einen Hybriden oder ein reines Elektrofahrzeug nehme.
Und da ist der Vergleich mit dem heutigen Straßenverkehr durchaus gegeben.
Immerhin sind die meisten Autos, mit denen ich mir die Straße teilen muss, dann immernoch gleich.
Nur weil ich mir einen Prius oder Ampera kaufe ändert sich ja nicht das Verhalten der Anderen. Und der Verkehrsfluss gibt mir ja überhaupt vor wie ich fahren kann.

Wenn ich durch die Stadt fahre und dort stop-and-go Verkehr vorliegt, dann kann die Konstantfahrt oder sonstige andere Fahrweise noch so vorteilhaft sein. Ich muss mich dann auch daran halten.
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: Grenzen der Rekuperation

Dann wird es eben eine weiter praxisfremde Untersuchung ohne Aussagekraft mehr auf dieser Welt zu diesem Thema geben - zum Glück stehen die Chancen einer breiten Veröffentlichung derselben schlecht.

Nur mal so ganz nebenbei : Der Autofahrer ist auch im Stadtverkehr nicht "Opfer der Umstände", sondern kann IMMER entscheiden, ob er noch Vollgas bis zur roten Ampel prescht und dann eine Gummispur hinlegt, oder eher gemütlich bis zur Haltelinie ausrollt.
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: Grenzen der Rekuperation

Natürlich kann man immernoch selbst fahren. Ich habe auch nichts anderes behauptet.
In der Übergangsphase wird ein Fahrzyklus, der mit einem Elektrofahrzeug aufgezeichnet wird, sich jedoch nicht sehr von meinen unterscheiden.

Aber es geht hier auch gar nicht über den Sinn oder Unsinn meiner Studienarbeit. Ausserdem musst du sie weder lesen noch gut finden.
Ich habe auch nicht vor damit etwas großes zu beeinflussen oder zu verbessern. Da sage ich ganz ehrlich, dass ich nach dieser Studienarbeit eigentlich nichts mehr mit dieser Thematik zu tun haben werde. Ich werde in einem ganz anderen Bereich tätig sein.

Hauptbestandteil ist die Aufzeichnung, Aufbereitung und Verwertung der Daten. Dass die Analyse nicht die komplette Realität abbilden kann war von vorn herein klar.
Ich versuche möglichst viele Aspekte zu berücksichtigen die sich im Rahmen einer Studienarbeit (nicht Abschlussarbeit, nicht Doktorarbeit), zeitlich und vom Umfang her, unterbringen lassen. Darauf aufbauend kann dann vielleicht der nächste Student genauer auf die elektronischen Feinheiten eingehen und diese optimieren.
Vielleicht auch mit einem Versuchsfahrzeug nachmessen wie nah oder wie weit entfernt meine berechnung liegt.
Die Vorgehensweise ist entscheident und es ist da normal, dass man vereinfacht und sachen herunterbricht um ersteinmal einen anfang zu finden. Verbessert und angepasst wird danach.
Dieser Prozess ist an vielen Stellen zu finden. Erst einmal grob schauen ohne in der Praxis verwendbare Ergebnisse und darauf aufbauend dann Verbesserungen und weitere Einbringungen von Details. Natürlich auch Verbesserung von Fehlern und Falschannahmen.

Ich habe mich hier im Forum angemeldet um möglichst Antworten auf meine Fragen zu bekommen.
Diese werde ich auch noch im Laufe dieses Threads näher stellen.
Ich suche jetzt Informationen über Motoren und Konzepte und werde schauen wie wir bisher mit Elektrofahrzeugen gerechnet haben.
Dann versuche ich diese Daten zu einer Berechnung zusammen zu fügen die natürlich nicht alles aber einiges berücksichtigt und ein Ergebnis liefert.
Bei der Umsetzung werden Fragen entstehen wie man mit manchen Eigenschaften am besten umgehen kann. Diese hoffe ich hier erklärt zu bekommen, da ich eben kein besonderer Elektrotechniker bin.
Sicher wird sich da der ein oder andere von euch an den Kopf fassen, was ich denn für Fragen stelle aber so ist das nunmal.

Trotzdem danke für die bisher geschriebenen Antworten.
 
AW: Grenzen der Rekuperation

Also wenn ohnehin kein konkretes Testfahrzeug zur Verfügung steht, dann kann man Durchschnittswerte aus der Literatur hernehmen, die man als Parameter einsetzt, solange kein besseres Zahlenmaterial zur Verfügung steht.

Da gibt es reichliche Bandbreiten je nach Hersteller und Konzept. Der E-Motor an sich liegt so bei 90% +-5% Wirkungsgrad. Dieser Wert gilt für beide Richtungen - also auch für den Generatorbetrieb. Eine höhere Leistung als die Abgegebene Motorleistung bei der Beschleunigung setzt man auch nicht kurzzeitig für den Generatorbetrieb ein, weil die Schaltung und Akkus das nicht vertragen würden. Also Rekuperationsleistung ist stets kleinergleich der Fahrleistung.

Die Reglerelektronik hat einen Wirkungsgrad von 90-95% - auch das gilt für beide Richtungen.

Werden konstante Geschwindigkeiten gefahren, wird Leistung entnommen, die ledigklich dem Fahrwiderstand entgegenwirkt - diese Leistung kann nicht rekuperiert werden.

Bei der Beschleunigung eingesetzte Energie liesse sich mathematisch modellieren, indem man die Fahrwiderstände betrachtet und die eigentliche Massebeschleunigung hinzuzieht.

Eventuell könnte man sich erlauben die Nichtlinearität des Luftwiderstandes beim Stadtverkehr zu einer linearen Funktion zu approximieren.

Die Reibungsverluste der Lager, Reifen etc müsste man auch abschätzen. (vielleicht 95%)

Bis also die Masse des Fahrzeuges beschleunigt ist, geht einiges an Wirkungsgradverlusten und Reibungseffekten verloren.

Nähme man nun diese kinetische Energie wiedrum zur Rekuperation, dann muss man auch da die Einflüsse des Fahrwiderstandes zunächst abziehen. Der Rest wird dann durch Wirkungsgrade gemindert und fliesst in die Batterie.
Vorausgesetzt, man bremst nicht zusätzlich mit der mechanischen Bremse - bremst also nicht stärker, als der Motor beschleunigen würde. Dann kann man davon ausgehen, dass bei geringer Fahrgeschwindigkeit (je nach Modell unter 12-6 km/h) keine Reku mehr stattfindet - also nicht bis auf Null herunter Generatorbetrieb läuft.

Dann kommt noch der Akku hinzu, der je nach Chemie, Ladeelektronik, Wetterlage (Betriebstemperatur) und weiteren schwer greifbaren Einflüssen nur 70-90% der Energie wieder hergibt, die ihm eingeladen wurden.

Nehmen wir also mal grob an, 100Wattstunden werden aus dem Akku entnommen, um das Auto zu beschleunigen:

90% E-Motorverlust, 90% Reglerelektronik, 90% Fahrwiderstände macht 73Wh kinetische Energie.

Dann wird nicht sinnlos Strom verbraucht, um die Geschwindigkeit zu halten, sondern sofort in optimaler Weise rekuperiert:
90% E-Motorverlust, 90% Reglerelektronik, 90% Fahrwiderstände
macht aus den 73 Wh kinetische Energie 53Wh elektrische Energie.

Die packen wir in den Akku und holen anschliessend 80% davon wieder raus (Lade/Entladeverlust) für den nächsten Beschleunigungsversuch ... dann hätten wir noch 43Wh übrig.

Wenn also alles blendend läuft, dann hätte man so um die 40% - üblicherweise hört man eher so von 30%.

Aber ohne konkretes Modell und Messeinrichtungen ist das alles nur heisse Luft.


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AW: Rekuperation, Effekt überschätzt, wichtig(er): Masse sparen !

Von Cand.-Ing. A. Röck: Der Effekt der Rekuperation wird überschätzt, wichtiger: Masse sparen! Der VW Golf von 1983 wog 750 kg, der BMW i3 von 2013 1395 kg, der Renault ZOE 1503 kg- ein ökologischer Frevel!
I) Ein vernünftiges 4-Sitzer eCar sollte 600 kg, höchstens 800 kg wiegen, die Relation kg/ kWh Akku nicht höher, als 800 kg/22 kWh= [36 kg/kWh]
sein.
II)
BMW i3, seit Aug. 2013, viel zu schwer, m= 1395 kg/ Akku C= 22 kWh ergibt 1395kg/22 kWh= [63,4 kg/ kWh]
III) Renault ZOE eCar noch irrer: 1503 kg/ 22 kWh= [68,3 kg/kWh], bei Akkuinhalt C= nur 22 kWh.IV) TWIKE, m / C = 200 kg/ 8 kWh= 25 kg/ kWh; (bitte prüfen, ob die 8 kWh stimmen! Die Relation wäre gut für eine große Reichweite u. für hohe Beschleunigung (Sekunden, um z.B. von 0 --> 80 km/h zu kommen). Wobei hohe Beschl. einen TWIKE -Pilot kaum interessiert.
IV) Wieviele Rekuperationen sind nötig, um den Akku-Inhalt zurück zu bekommen? 849 Bremsungen !
Antwort: Ein Auto, m = 800 kg + 2 Personen, je 70 kg = 960 kg, habe v = 60 km/h; Wkin = m/2 v² = 133226 [kg m²/ s²]
bzw. 37007 Ws, = 0,037 kWh. Da nur höchstens 70% zurück in die Batterie kommen, = 0,0259 kWh.
Das wären (Benzin = 11,1 kWh/ Liter), dann gespart je Rekup. 2,33 ml Benzin. Aber: wir haben ja ein eCar! Das war nur als Anschaulichkeit!
V) Anzahl Rekuperationen, um die 22 kWh zurück zu bekommen: dito ! 849 Bremsungen !
Die Li-Batterie vom BMW i3 (22 kWh bei 230 kg) u. Renault ZOE hat Capacity C= 22 kWh (290 kg):
Also, die 0,0259 kWh zurück in den Akku = 22 kWh/ 0,0259 kWh = 849 Bremsungen von 60 --> 0 km/h.
VI) Warum wiegen 22 kWh beim i3 230 kg, beim ZOE aber 290 kg? Offenbar haben beim ZOE die Li-Zellen weniger Energiedichte! (Billiger). Obwohl man ja Masse sparen sollte!
VII) Das Desaster beim ZOE: Gerade ein eCar sollte leicht sein, aber beim Renault ZOE machte man dabei
Grundsätzliches falsch: Benziner einfach umgebaut!
VIII) Massen-Bilanz:
a) Man nahm von einem Benziner einfach Motor + Getriebe raus, u. Kardanwelle, Auspuff, Differentialgetriebe usw. (= ca. 400 kg Masse-Einsparung, und baute einen e-Motor ein (+ ca. 110 kg) + Akku (+290 kg)= 0 kg. Also bis hier nicht schwerer - trotz schwerem Li-Akku.
b) Man nahm einen billigen Li-Akku (29o kg), der also bei gleichem Energieinhalt (22 kWh) um 60 kg schwerer ist, als der vom i3! (Steigert den Gewinn!).
Conclusio: Das nennt sich dt. / frz. Ingenieurskunst 2013 ?
IX) Stopp ! Was ich hier schreibe, weiss jeder BMW/ Renault- Ing. auch. Die Idiotie liegt woanders!
Nämlich ganz oben, bei den Volks- u. Betriebswirten! Wie sagt man dort? "Ingenieure, sind die Kamele, auf denen wir reiten". Die benutzen uns nur zum Abzocken!
Hätten Ingenieure das Sagen, käme ein leichtes e-Auto heraus, zwar höhere Entwicklungskosten, aber die müsste man ja nicht schon bei 100.000 Stückreinholen, sondern z.B. bei 500.000 Stück!
X) Warum ist der i3 so teuer (35.ooo €) u. der ZOE (22.ooo €) relativ auch, obwohl beim ZOE keine neue Entwicklung u. kein Leichtbau gemacht wurde? Weil man uns nur abzocken will, d.h. die Entw. kosten schon bei 100.000 Stück hereinholen will! Pro ÖKO interessiert die Hersteller nicht die Bohne!
XI) So war es doch beim Benziner AUDI A1 auch (35.000 €!). Wurde der kaum gekauft, weil zu teurer! Warum zu teuer? Weil ihr u. ich die großen Limousinen von AUDI kaufen sollt u. nicht den A1, den man nur als Öko-Alibi baute, aber wohl gar nicht verkaufen wollte!
Man wollte wohl ferner die Entw. kosten schon bei 100.000 Stück hereinholen.
Das Gleiche ist es doch bei BMW.
XII) Sie werden nur aufgrund des EU-Gesetzes, die eCars billiger machen, um den gesetzl. CO2-Durchschnitt / km der Flotte auf Gesetzes-Niveau zu senken! (Ich glaube auf 130 g CO2/km).
* Mein alter Mercedes 190 D (nur 5,o Liter/ 100 km, weil 5- Gang), emittiert auch nur 135g CO2/ km.
Also: die EU-Vorgabe ist ein ökol. Witz! 17.8.2013, Röck


 

derschwarzepeter

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AW: Grenzen der Rekuperation

Oh master,
grundsätzlich spricht mir dein Beitrag aus der Seele,
nur möchte ich die Ingenieure und die Fahrzeugfirmen nicht so verdammt sehen:
Die bauen Elektrofahrzeuge nicht aus Umweltfreundlichkeit oder nur so zum persönlichen Spass ,
sondern weil an entscheidenden Stellen ein paar Physik- und Mathematik-Nullerln sitzen,
die doch -bar jedes fachlich nachvollziehbaren Wissens- tatsächlich glauben,
das Elektroauto löse die Probleme des zukünftigen Verkehrs.
(siehe auch Phantasien von "Stromtankstellen")

Das tut es mit absoluter Sicherheit nicht ... ob mit oder ohne Rekuperation.

Das Elektroauto der Zukunft wird aus im vorigen Beitrag angeführten Gründen
nicht wie ein heutiges Auto aussehen (Ausstattung und Größe),
so so billig anzuschaffen sein, so schnell zu tanken,
und weder so weit, noch so schnell wie ein heutiges Auto fahren.

Meine technisch realisierbare Vision von Elektromobilität (die AUCH auf bessere und billigere Batterien hofft),
habe ich bereit so oft beschrieben, dass ich´s nicht nochmal wiederholen will.
So stellt sich das jedoch weder die Politik noch der durchschnittliche Private vor.
Das wird also wohl eine Vision für einzelne Idealisten bleiben.
 
Hallo!

Da mich das Thema auch gerade interessiert:

BMW gibt an, das über 60% Wirkungsgrad existiert.

Mich würde aber eine andere Sache noch interessieren:
Wenn ich mit einem Hänger fahre ... das Auto hat 2000kg ... der Hänger hat 500kg.
Habe ich dann beim rekupieren durch den "Schub" von hinten ca. 25% mehr?
 
Ja, es geht um einen gebremsten Anhänger.
Die Idee ist Zusammen mit der Werkstatt (die schon zugesagt hat), die Auflaufbremse testweise zu reduzieren, damit ein gewisser Druck ans Auto abgegeben wird.

Man darf mit 750kg ungebremst fahren ... würde die Auflaufbremse 200kg als Beispiel drücken, dann könnte man mehr rekupieren.

Ansonsten ist bergab und bei Kreuzungen fast keine erhöhte Rekuperation möglich
 

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