Leistungsbedarf: was passiert denn da

Alles rund um die Batterie und Reichweite des Renault ZOE

Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon umberto » Sa 31. Aug 2013, 11:11

Hallo,

in Trevor Larkins Zoe-Blog hat ein User (nosig) mal Konstantfahrten gemacht und die Daten aus dem Kombi abgeschrieben.

Macht man daraus ein Diagramm
Bild

fällt auf, das ab ca. 100 km/h der Anteil der Leistung, die man braucht, um den Luftwiderstand zu überwinden, an der Gesamtleistung nicht mehr ansteigt (was ja eigentlich keinen Sinn macht, da auf der Autobahn der Luftwiderstand der dominierende Fahrwiderstand sein sollte).

Also bleibt eigentlich nur, das im Zoe Antriebsstang ab 100 km/h irgendwas die Leistung vernichtet...ggf. eine Erklärung für die 96 km/h Maximalgeschwindigkeit im Eco-Mode.

Kann sich jemand mit etwas technischem Background zu Drehstrommotoren und Leistungsregelungen erklären, was da passiert?

Gruss
Umbi
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon Twizyflu » Sa 31. Aug 2013, 16:37

Ich verstehe zwar was du jetzt meinst, das ist auch sehr interessant, aber kann es sein, dass bei ca. 100 km/h die Drehmomentkurve so stark abfällt, dass dieses dann einfach nicht mehr genügt um den vorherrschenden Luftwiderstand zu überwinden und daher muss "mehr" Saft gezogen werden?

Oder hab ich da einen Denkfehler?
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon agentsmith1612 » Sa 31. Aug 2013, 17:32

@umberto:
Sehr interessante Seite auf jeden Fall. Der Autor hat auch durch einige Tests eine Formel entwickelt um die in etwa zu erwartende Reichweite bei variabler Geschwindigkeit zu ermitterln.

Zoe Reichweite = (1000/Geschwindigkeit [km/h])²

- Range at 125km/hr (78mph) = (1000/125)^2 = 8*8 = 64km (40 miles)
- Range at 100km/hr (62mph) = (1000/100)^2 = 10*10 = 100km (62 miles)
- Range at 50km/hr (31mph) = (1000/50)^2 = 20*20 = 400km (250 miles)
Quelle:http://myrenaultzoe.com/index.php/2013/08/the-zoe-range-rule/


Bei konstant Hundert nur 100 km ?
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon AbRiNgOi » Sa 31. Aug 2013, 17:45

Hi wiedermal,
was ich aus den drei Kurven, so diese stimmen, herauslese ist, dass irgendetwas anderes stark an Leitungsbedarf bei 100kmh zunimmt. Die blaue Kurve zeigt das erwartete stetig steigende Bild des Luftwiederstandes in kW. Der Gesammtleistungsbedarf geht aber noch schneller nach oben (gelb). Hier ist nun der ganze uns unbekannte Teil versteckt: also Rollreibung und elektrische Verluste. Da der Rollwiederstand "nur" quatratisch ansteigen (oder die Reifen sind Schrott, siehe Stollenreifen am mountainbike) muss der Rest irgendwo in der Elektronik bleiben, dadurch wird der rote Anteil des Luftwiederstandes im Vergleich dazu "geringer".
Mein Reim daraus: die Erzeugung des Drehfeldes in der Elektronik in dieser hohen Frequenz ist sehr stark mit Verlusten behaftet. Scheint so, dass bei der Auslegung der Maschien )Polzahl etz.) mehr Wert auf ein gutes Drehmoment beim Anfahren gelegt worden ist und die Verluste bei hohen Drehzahlen/Geschwindigkeiten in Kauf genommen wurden. Die einzige Antwort wäre hier ein zweiter Gang, aber das würde den Preis erhöhen...
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon agentsmith1612 » Sa 31. Aug 2013, 17:51

Was ich aus diesem Forum und anderen in Sachen Leistungsbedarf mitgenommen habe ist, dass
- Luftwiderstand quadratisch steigt
- Rollreibung laut Aussage von AbRiNgOi wohl dann auch

- gesamt Leistungsgbedarf aber immer kubisch steigt (also mit 3. Potenz zur Geschwindigkeit)

kann das jemand bestätigen ?
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon AbRiNgOi » Sa 31. Aug 2013, 18:11

ne, hab mich geirrt, der reine Rollwiderstand ist linear (siehe Wikipedia 8-) ), der nichtliniare Antei den ich in errinnerung hatte kommt aus der Reibung der restlchen bewgten Teile und hier könnte ein Unterschied zu den Verbrennungsmotoren liegen da keine Schmierung notwendig ist. (in Öl laufende Zahräder, Kolben....)

Möcht mich daher hier eentschuldigen, das mit dem Rollwiederstand alleine ist linear.

Umso schlimmer dann der Anteil der Elektronik...
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon umberto » Sa 31. Aug 2013, 19:58

agentsmith1612 hat geschrieben:
gesamt Leistungsgbedarf aber immer kubisch steigt (also mit 3. Potenz zur Geschwindigkeit)

kann das jemand bestätigen ?


Ja, das ist so. Die Leistung kann man als Produkt aus (Vortriebs-)Kraft und Geschwindigkeit darstellen und da die Kraft quadratisch (Luftwiderstand) von der Geschwindigkeit abhängt, kommt am Schluß eine Abhängigkeit zur 3. Potenz der Geschwidngkeit heraus.

@AbRiNgOi: ich meine mal gelesen zu haben, daß der Tesla Roadster ein 2-Gang-Getriebe bekommen sollte, aber irgendwie haben sie das bei Tesla damals nicht so hinbekommen, so daß das Auto zu Gunsten der Höchstgeschwindigkeit auf Beschleunigungsvermögen verzichen mußte.

Ich habe übrigens doch noch eine interessante Seite gefunden.
http://www.hybrid-autos.info/Technik/E- ... -pmsm.html

Hier ist ein Wirkungsgrad-Diagramm drin
Bild
und zwar von einer permanent-erregten Synchronmaschine (im Zoe ist eine fremderregte Synchronmaschine drin).

Danach geht der Wirkungsgrad dieser Maschine bei etwa 2/3 der Nenndrehzahl von >90% auf 60% zurück....und das wäre ziemlich genau der 100 km/h-Punkte, wenn man von einer Max-Drehzahl bei VMax ausgeht.
Ich weiß aber nicht, ob man das Diagramm auf eine fremderregte Synchronmaschine übertragen darf...Energietechniker vor.

Gruss
Umbi
Zuletzt geändert von umberto am Sa 31. Aug 2013, 20:11, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon agentsmith1612 » Sa 31. Aug 2013, 20:05

umberto hat geschrieben:
@AbRiNgOi: ich meine mal gelesen zu haben, daß der Tesla Roadster ein 2-Gang-Getriebe bekommen sollte, aber irgendwie haben sie das bei Tesla damals nicht so hinbekommen, so daß das Auto zu Gunsten der Höchstgeschwindigkeit auf Beschleunigungsvermögen verzichen mußte.


Das ist Richtig, der Roadster sollte ein 2. Gang Getriebe bekommen, um noch schneller zu sein oder im Umkehrschluss weiter zu kommen.
Tesla hat das aber nach Tests aufgegeben da die Haltbarkeit des Getriebes nicht ihren Ansprüchen genüge getan hat.

In welchem "Gang" der Roadster jetzt gebaut wurde, wissen wir nicht, ich denke eher dass es der 1. Gang ist. In deiner Annahme wäre es der Zweite Gang, das glaube ich jedoch nicht, denn dann wäre er ja im 1. Gang in Sachen Beschleunigung noch schneller gewesen als jetzt und jetzt ist er ja schon mordsmäßig schnell.

Edit: Auf Wikipedia wird man schlauer da steht alles.
Das ursprünglich geplante Hinterachsen-Zweiganggetriebe wurde verworfen, da die Prototypen den Anforderungen an die Langlebigkeit des Fahrzeugs nicht genügten. Stattdessen hat die endgültige Serienform ein Getriebe mit nur einem Gang. Alle bis zum Zeitpunkt der Umstellung gefertigten Tesla Roadster erhielten zunächst das zweistufige Vorseriengetriebe, das allerdings im zweiten Gang arretiert ist, um die einwirkenden mechanischen Belastungskräfte zu beschränken. Diese Lösung wurde im Rahmen der Herstellergarantie bei allen so ausgelieferten Fahrzeugen später gegen das Einganggetriebe ersetzt.

Mit dem endgültigen Getriebe erreicht das Fahrzeug in etwa 3,7 Sekunden 100 km/h, die früher ausgelieferten Modelle brauchen dafür noch 5,7 Sekunden. Um die Getriebemechanik zu schonen und die Akkubelastung zu verringern, wird der Roadster zugunsten der Reichweite bei 201 km/h (125 mph) elektronisch abgeregelt.


Dennoch hast du Recht und ich nicht, es ist der zweite Gang, dann verstehe ich aber nicht wieso der Roadster dann 5,7 s mit dem zwei Gang Getriebe gebraucht hätte, eigentlich hätte er doch schneller sein müssen, auf Grund stärkeren Beschleunigungsvermögens im ersten Gang ?
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon Rumstromerer » Sa 31. Aug 2013, 20:41

Ich denke die Feldschwächung erklärt alles. Zur Erklärung für den Nicht-Techniker geschehen im Motor folgende Dinge:

Das Drehmoment ist proportional zum Produkt vom Magnetfeld in den Statorspulen und dem Magnetfeld in der (rotierenden) Feldspule (die den Permanentmagnet ersetzt).

Die Drehzahl ist proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Magnetfeld der Feldspule.

Im unteren Drehzahlbereich wird die Drehzahl durch die verfügbare Spannung vom Umrichter gesteuert.

Irgendwo um die 80 km/h erreicht der Umrichter 100% Spannung. Bei höherer Drehzahl würde die Induktionsspannung vom Motor erst einmal höher als die Akkuspannung und man könnte nicht weiter beschleunigen.

Als Abhilfe wird das Magnetfeld der Feldspule verringert (also Feldschwächung) so daß die Induktionsspannung bei gleicher Drehzahl sinkt bzw. bei gleicher Spannung eine höhere Drehzahl möglich wird.

Da sich zugleich auch das Drehmoment vom Motor verringert muß der Strom in den Statorspulen ansteigen um das auszugleichen.

Da das Auto aber bei höherer Geschwindigkeit noch mehr Drehmoment benötigt muß der Strom noch weiter ansteigen. Die Verluste in der Statorwicklung und anderen Leitungswiderständen steigen somit annähernd mit der vierten Potenz der Geschwindigkeit.
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Re: Leistungsbedarf: was passiert denn da

Beitragvon umberto » Sa 31. Aug 2013, 20:53

agentsmith1612 hat geschrieben:
aber nicht wieso der Roadster dann 5,7 s mit dem zwei Gang Getriebe gebraucht hätte, eigentlich hätte er doch schneller sein müssen, auf Grund stärkeren Beschleunigungsvermögens im ersten Gang ?


Ich meine, der sollte als 2-Gang-Auto unter 4s in 0 auf 100 gehen (könnte auch 0-96 gewesen sein). 5.7 hätte er dann im 2. Gang gehabt.

Dann haben sie aber dazugelernt und an der Elektronik gebastelt, am Motormoment usw. und sind mit der fixen Übersetzung doch noch auf 4s und 200 km/h gekommen.

Die spannende Frage ist, ob die Verluste im Getriebe (Gewicht, Verlustleistung) die Verluste im Motor bei höheren Geschwindigkeiten aufheben bzw. bei welchem Geschwindigkeitsprofil sich das Getriebe energetisch lohnt. Bei einem Stadtauto lohnt sich das Getriebe wohl eher nicht.

@rumstromerer: Danke...da habe ich jetzt noch was zu knabbern, bis ich das kapiert habe. :-)

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