Wirkungsgrad Elektroauto

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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon Poolcrack » Fr 19. Aug 2016, 12:59

@Karlsson und @strahler
:danke:
Ich denke Ihr beiden solltet Eure Artikel zu einem großen Wiki-Artikel zusammenfassen. Es wäre einfach zu schade, wenn diese verständliche Erklärungen hier untergehen.
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon Alex1 » Fr 19. Aug 2016, 13:06

Poolcrack hat geschrieben:
@Karlsson und @strahler
:danke:
Ich denke Ihr beiden solltet Eure Artikel zu einem großen Wiki-Artikel zusammenfassen. Es wäre einfach zu schade, wenn diese verständliche Erklärungen hier untergehen.

+1! :D
Herzliche Grüße
Alex
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon spark-ed » Fr 19. Aug 2016, 13:08

Karlsson hat geschrieben:
spark-ed hat geschrieben:
Um einen Drehstrommotor zu betreiben muss man also aus Gleichspannung erstmal Wechselspannung machen um damit widerum einen Frequenzumrichter zu betreiben?

Nein, der Umrichter bildet aus dem DC des Akkus das Drehfeld per Pulsweitenmodulation.

spark-ed hat geschrieben:
Ist es nicht vielleicht eher andersherum, dass ein FU am Netz eine Gleichrichterbrücke benötigt um damit einen DC Zwischenkreis zu speisen?

Am Netz hat man ja keine Gleichspannung und muss sie daher erst per Gleichrichter erzeugen. Der Umrichter erzeugt dann das Drehfeld, um den Motor anzutreiben.

Bzw beim Rückspeisen macht der Umrichter im E-Auto aus dem Wechselstrom des Synchronmotors Gleichtstrom, der dann direkt in den Akku geht. Da die vom permanent erregten Synchronmotor erzeugte Spannung geringer ist als die des Akkus, muss der Umrichter sie aber noch hochsetzen (die Funktionsweise müsste ich auch erst nachschauen).

Wenn man ins Netz einspeisen wollte, müsste man den Gleichstrom natürlich wieder in Wechselstrom wandeln. Direkt vom Motor ins Netz geht es nicht, weil der Motor dann nur mit Netzfrequenz drehen dürfte, was im Auto ja nicht der Fall ist (im Kraftwerk schon).

spark-ed hat geschrieben:
Die Ladegeräte in einem modernen E-Auto haben durchweg über 90% Wirkungsgrad.

Beim Zoe mit 14A über Notladekabel zählt mein Zähler ca 20% mehr als im Akku ankommt. Dafür ist er halt nicht erdacht worden. Bei 22kW sind es wohl eher nur 10%.

Die Fragestellung war eher rhetorisch, muss wohl doch für besseres Verständnis mehr emojis ( ;)) verwenden.

Der Zoe hat ja kein dediziertes Ladegerät sondern nutzt die Motorinduktivität in Verbindung mit der Leistunselektronik. Dadurch ist die Effizienz hier vermutlich etwas kompromissbehaftet.
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon meikel66 » Fr 19. Aug 2016, 13:49

@ spark-ed,

die Verluste entstehen vor allem im Akku selbst, dieser wird beim Laden (vor allem beim Schnellladen) recht heiß.

Wie die Steuerung funktioniert hängt von den verwendeten E-Motoren ab. Mit einfachen Drehstrom-Asynchronmotoren benötige ich Drehstrom, dessen Frequenz veränderbar ist. Setzte ich Gleichstrommotoren ein, kann ich mir den Aufwand sparen.

@ strahler
so schlecht sind die guten alten Drehstrom-Asynchronmotoren auch nicht. Im Netz finden sich Wirkungsgrad um 88%. Der Motor ist unverwüstlich und über einen Frequenzumrichter relativ einfach anzusteuern. Ich finde das Konzept sinnvoll.
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon meikel66 » Fr 19. Aug 2016, 14:12

Also, versuche ich mal meine bisherigen begrenzten Kenntnisse zusammenzufassen:

1. Es gibt Induktionsmotoren, deren Drehzahl sich nur über die Frequenz steuern lässt. Mit der Spannung (oder Leistung) verändere ich nur das Drehmoment.

2. Es gibt Kommutatormotoren, bei denen die Ankerwicklung von außen mit Spannung versorgt werden muss. Das geschieht in der Regel über Kohlebürsten. Bei diesem Motor kann ich die Drehzahl über die Spannung (und damit die Feldstärke) regeln.

3. Es gibt Synchronmotoren, bei denen das Läuferfeld nicht durch Induktion aufgebaut wird. Das Gleichfeld im Läufer wird über Permanentmagnete oder über eine Läuferwicklung, die über Kohlebürsten mit einer Gleichspannung von außen versorgt wird. Auch hier bestimmt das Ständerdrehfeld die Drehzahl. Eine Drehzahlregelung ist nur über die Frequenz möglich.

4. Es gibt Linearmotoren (Schrittmtooren), die über Mikroprozessoren angesteuert werden. Hier bestimmt der Schalttakt (Schaltfrequenz) die Drehzahl.

Und jetzt gibt es einen Motortyp, den Karlsson beschreibt. Dieser Drehstrom-Synchronmotor ist ähnlich wie ein Gleichstrommotor mit einer elektronischen Kommutierung. Der normale Drehstrom-Synchronmotor hat keinen Kommutator, er hat einfach nur ein Läufer-Gleichfeld. Wenn ich also beim Synchronmotor die Polrichtung des Läuferfeldes wechsele, dann fällt der Läufer zurück, bevor er sich wieder synchron in das Ständerfeld einklinkt. Je nach Gestaltung des Läufers um bis zu 180°. Dann liefe der Motor aber ziemlich unrund. Und je öfter ich diese Poländerung (Kommutierung) vornehme, desto öfter fällt der Läufer zurück, sprich desto geringer dreht er. Nehme ich die Kommutierung elektronisch vor, dann spare ich mir auch das regelmäßige Wechseln der Kohlebürsten. Wäre dieser Sachverhalt richtig?
Ein Synchronmotor, wie ich ihn bisher kannte, gerät außer Tritt, wenn er überlastet wird. Das heißt, er bleibt fast stehen. Wenn ich nun die Spannung verringere und damit das Ständerfeld schwäche, dann dann besteht doch die Gefahr, das er außer Tritt gerät. Das wäre zwar auch eine Drehzahlregelung - aber diese wäre ziemlich abrupt. Wenn sich aber der Synchronmotor wie ein Gleichstrommotor verhält, wären die Verhältnisse Nm/A und V/Drehzahl wieder möglich.
Oder handelt es sich doch einfach nur um einen Gleichstrommotor (BLDC-Motor), der über Space Vector Pulsweitenmodulation angesteuert wird (wie hier beschrieben: http://www.elektronikpraxis.vogel.de/le ... ndex2.html)


@ strahler,
die Idee von BMW ist wirklich erstaunlich, den hybriden Schrittmotor zum Antriebsmotor weiterzuentwickeln. Interessant fand ich auch die Info, dass es den Reluktanzmotor schon seit 1923 gibt.
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon TMi3 » Fr 19. Aug 2016, 14:59

Poolcrack hat geschrieben:
@Karlsson und @strahler
:danke:
Ich denke Ihr beiden solltet Eure Artikel zu einem großen Wiki-Artikel zusammenfassen. Es wäre einfach zu schade, wenn diese verständliche Erklärungen hier untergehen.

+1
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon spark-ed » Fr 19. Aug 2016, 15:13

meikel66 hat geschrieben:
@ spark-ed,
die Verluste entstehen vor allem im Akku selbst, dieser wird beim Laden (vor allem beim Schnellladen) recht heiß.

Ein LithiumIonenakku hat einen Coulomb-Wirkungsgrad von 1, da geht schonmal nichts verloren.
Die Wärme entsteht durch Innenwiderstände und ist, wie du bereits sagst abhängig vom Ladestrom. Mein Akku wird z.B. zu 100% mit 0,2C mit vernachlässigbaren Verlusten geladen. (Verlustleistung steigt quadratisch zum Strom)

"Heiß" werden laut meinem alten Lehrmeister übrigens nur Hündinnen ;)
meikel66 hat geschrieben:
Wie die Steuerung funktioniert hängt von den verwendeten E-Motoren ab. Mit einfachen Drehstrom-Asynchronmotoren benötige ich Drehstrom, dessen Frequenz veränderbar ist.

Ja du schrubst in deiner Wirkungsgradkette aber
meikel66 hat geschrieben:
Bei der Berechnung des Gesamtwirkungsgrad musst Du neben dem Motorwirkungsgrad (der vom Modell und vor allem der gefahrenen Geschwindigkeit abhängt), musst Du noch die Verluste der Elektronik einbeziehen. Aus dem Gleichstrom wird über einen Wechselrichter Drehstrom gemacht. Der Wechselrichter arbeitet mit rund 90 bis 95 % Wirkungsgrad. Zur Geschwindigkeitssregelung wird ein Frequenzumrichter eingesetzt, der gleichfalls mit 90 bis 95 % Wirkungsgrad arbeitet. Bei der Gesamtbilanz musst Du aber auch noch die Ladeverluste einbeziehen. Diese betragen zwischen 10 und 20 %. Beim Rekuperieren kommt halt noch ein Gleichrichter ins Spiel, dessen Wirkungsgrad auch 90 bis 95 % hat. Für die Berechnung des Gesamtwirkungsgrad musst Du die einzelnen Faktoren einfach multiplizieren, z. B. 0,9 * 0,9 * 0,8 * 0,9= 0,58 => 58 %.

Das ist schlicht und einfach falsch
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon meikel66 » Fr 19. Aug 2016, 15:58

Gut spark-ed, dann sag uns doch mal, wie Du den Gesamtwirkungsgrad Deines E-Fahrzeugs berechnest? Auf welchen Wert kommst?
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon spark-ed » Fr 19. Aug 2016, 16:37

meikel66 hat geschrieben:
dann sag uns doch mal, wie Du den Gesamtwirkungsgrad Deines E-Fahrzeugs berechnest? Auf welchen Wert kommst?

Die erste Frage dazu wäre, wo ich die Kette beginne. Früher hätte man ja klassisch Kohlekraftwerk mit ~50% dann die Netzübertragungsverluste (Trafo- und Leitungsverluste) rechnen müssen.
Ich versuche durch entsprechend gezielte Netznutzung einen möglichst hohen Anteil der regerenativen Energien zu bekommen, daher wird es hier unscharf.

Also nehmen wir die Kette ab Netzanschluss bis Motorwelle. Da wären dann:

Ladegerät 93%
http://www.brusa.biz/fileadmin/template ... NLG513.pdf

Ladeverluste durch Leitungswiderstände, Kontaktierungen und Kühlmittelpumpe 98%

Leistungselektronik 90% - 3~AC aus DC (vermutlich besser, schlechtere Annahme, da keine Quellen gefunden)

Motor >90% (Annahme 92%)
http://www.bosch-presse.de/pressportal/ ... 42158.html
http://www.em-motive.com/index.php?id=198

Also 0,93 x 0,98 x 0,9 x 0,92 = 0,75

Dazu käme noch das einstufige Getriebe sowie Differential ?
Nebenverbracher (Kühlmittelpumpe) fix ca. 15W=vernachlässigbar

Hier übrigens ein Praxiswert zum Wirkungsgrad Asynchronmotor, vorhin in der Firma an diesem Motortypenschild vorbeigekommen:
Typschild.JPG
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Re: Wirkungsgrad Elektroauto

Beitragvon strahler » Fr 19. Aug 2016, 17:51

Karlosson hat geschrieben:
Naja...in dem Bereich arbeite ich ja und kann Dir verraten, dass in unseren Anlagen kaum noch Motoren sind, die direkt am Netz betrieben werden. Es sind inzwischen fast überall Servos wegen zB Sanftanlauffunktionen und Sicherheitsfunktionen.
Das sind alles permanent erregte Synchronmotoren.


Dann arbeitest Du in einem speziellen Bereich der Industrieautomation. Ein Grossteil der elektrischen Antriebe (Pumpen und Lüfter) sind immer noch Asynchronmtoren, die für den Betrieb an 50 Hz ausgelegt sind, selbst wenn sie mit einem FU betrieben werden.

Poolcrack hat geschrieben:
Ich denke Ihr beiden solltet Eure Artikel zu einem großen Wiki-Artikel zusammenfassen. Es wäre einfach zu schade, wenn diese verständliche Erklärungen hier untergehen.


Ok. Ich beteilige mich daran.

meikel66 hat geschrieben:
@ strahler
so schlecht sind die guten alten Drehstrom-Asynchronmotoren auch nicht. Im Netz finden sich Wirkungsgrad um 88%. Der Motor ist unverwüstlich und über einen Frequenzumrichter relativ einfach anzusteuern. Ich finde das Konzept sinnvoll.


Für einen Grossteil der Anwendungen, gebe ich Dir recht. Für den Antrieb eines Elektrofahrzeuges finde ich ihn trotzdem ungeeignet, weil der Wirkungsgrad nur im Bemessungs-Arbeitspunkt stimmt. D.h. der Asynchronmotor kann seine Stärke in überwiegend stationären Betriebsarten ausspielen (z.B. Pumpen und Lüfter mit wenig Lastwechsel). Ein Elektrofahrzeug ist aber ein dynamischer Antrieb mit vielen Lastwechseln über einen weiten Drehzahlbereich.

spark-ed hat geschrieben:
Hier übrigens ein Praxiswert zum Wirkungsgrad Asynchronmotor, vorhin in der Firma an diesem Motortypenschild vorbeigekommen:


Es handelt sich um einen Motor der Effizienzklasse 2 gemäss IEC 60034-30-1. Seit 2015 ist jetzt die IE3 vorgeschrieben (mit Ausnahmen). Industriemotoren sind generell für den Dauerbetrieb bei Bemessungsleistung vorgesehen. Der Antriebsmotor für ein Elektrofahrzeug ist für eine kurzzeitige Maximalleistung ausgelegt. Z.B. ein Tesla S85D hat eine Dauerleistung von 67 kW und eine Maximalleistung von 314 kW.
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