Rekuperation

Wie hoch ist eigentlich der momentane (Stand der Serientechnik) Wirkungsgrad der Rekuperation? Sprich wenn ich 10KWh brauche einen Berg hochzufahren, wie viel bekomme
ich (Sondereffekte, Reku reicht nicht man muß bremsen etc...mal ausgenommen) wieder zurück?
Irgendwo habe ich mal von 5-10% gelesen. Das erscheint mir etwas "dünn".
Andererseits ist ja der Motor nicht als Erzeuger konzipiert sondern als Verbraucher. Ich weiß nicht ob da große Differenzen in der Effizienz sind.
Die Möselschen 40% Rekuleistung wage ich aber mal in Frage zu stellen....
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Hi, ich kann Dir leider den Stand der Serientechnik nicht nennen, kann aber allgemein was dazu sagen. Der Wirkungsgrad des Motors ist im Generatorbetrieb ähnlich gut wie im Motorbetrieb. Die Motor-Leistungselektronik funktioniert in beide Energieflussrichtungen mit ähnlichem Wirkungsgrad.
Der Schwachpunkt dürfte die Batterie sein. Normalerweise kann/darf man Batterien nicht so schnell laden, wie man sie entlädt. (Bei LiFePo scheint das aber inzwischen nicht mehr unbedingt zu gelten). So lange man also die Reku-Leistung deutlich unter der maximalen E-Motorleistung hält, dürfte Reku-Wirkungsgrade deutlich über 60% möglich sein, zumindest dann, wenn die Batterie noch ziemlich leer ist und viel Energie aufnehmen kann. Wenn man vereinfacht davon ausgeht, dass man die Batterie genausoschnell laden darf, wie man sie entlädt, gilt folgendes: Du darfst den Berg nicht schneller runterfahren, als Du ihn hochgefahren bist. Das Bremsen an der Ampel muss bei hohen Geschwindigkeiten viel langsamer erfolgen als bei niedrigen. Du musst beim Bremsen eine Bremsleistung einregeln, die die maximale Motorleistung nicht überschreitet. Das dürfte der Hauptknackpunkt sei, was mit den üblichen Bremsgewohnheiten kaum vereinbar ist. Wenn Dein E-Fahrzeug von 90 auf 100km/h also 3 Sekunden braucht, musst Du beim Runterbremsen von 100km/h auf 90km/h also auch 3 Sekunden brauchen. Bremst Du stärker, müssen die herkömmlichen Bremsen aushelfen, was den Reku-Wirkungsgrad drastisch reduziert. Von 100 auf 90km/h in 3 Sekunden entspricht bei 1,5t Fahrzeuggewicht übrigens ca. 37kW.
Fazit: Nur ein gnadenlos übermotorisiertes E-Fahrzeug kann im Alltagsbetrieb mit durschnittlichen Fahrern einen guten Rekuperationswirkungsgrad erreichen.
Michael
Am 12.09.2012 13:56, schrieb Georg Wieser:

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Am 12.09.2012 14:17, schrieb Michael S:

Das wollte ich wissen, Danke

1C ist mittlerweile wohl durchaus (auch unter Batterieschonungsaspekten möglich)

Wieder was gelernt.

Das war mir völlig klar, daher schrieb ich extra Ohne Bremseffekte etc....

Das elektrofahrzeugübliche "gleiten" gewöhnt man sich sehr schnell an, wobei ich das vorher vom Verbrenner auch schon kannte, denn das spart jede Menge Sprit.
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Am 12.09.2012 16:49, schrieb Georg Wieser:

Es ist technisch kein Problem, Wirkungsgrade von Motorwelle bis Batterieanschluss von über 90% hinzubekommen. Schon aus Kühlungsgründen werden die Hersteller auf hohe Wirkungsgrade achten, da Kühlung häufig teurer ist, als Komponenten mit höherem Wirkungsgrad zu verbauen.
Energie geht aber beim (Schnell)Laden der Batterien verloren. Beispiel: Die Batterie dümpelt gerade bei 300V vor sich hin, muss aber plötzlich 200A aufnehmen. Durch den Innenwiderstand steigt die Batteriespannung bei der Rekuperation auf z.B. 350V. Nach Abschluss des Bremsvorgangs sinkt die Batteriespannung wieder auf z.B. 305V. Jetzt gibt der Fahrer Gas und zieht 200A aus der Batterie raus. Deren Spannung sinkt wegen dem Innenwiderstand auf 250V.
Man sieht: Lade und Entladestrom war gleich, die Ladungsmenge ist bei gleicher Zeit also auch gleich. Nur beim Rekuperieren steckt man 350V x 200A = 70kW in die Batterie rein, bekommt aber beim Gasgeben bei gleichem Strom nur 250V x 200A = 50kW raus. Der Rest ist Verlust.
Je größer und dicker die Batterie ist, desto weniger Innenwiderstand hat sie und desto besser werden die Rekuperationswirkungsgrade.
Michael
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Am 12.09.12 14.17, schrieb Michael S:

"ähnlich" ja - die Verluste i^2*R sind im Motor- und im Generatorbetrieb gleich. Ob "gut", hängt vom Lastfall ab. Üblicherweise wird, wenn von einem "guten Wirkungsgrad" gesprochen wird, allein auf den maximalen Wirkungsgrad gezielt. Testfrage: wie groß ist der Wirkungsgrad eines Elektroantriebs im Moment des Anfahrens? Dämmerts?
Die Verluste i^2*R, die man einmal wegdissipiert hat (übrigens auch im Akku, weswegen die reine Ladungsbilanz auch nicht ganz die Wirklichkeit wiedergibt), die kriegt man nicht rekuperiert.
V.
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Am 12.09.2012 17:29, schrieb Volker Staben:

ahh..ja.. äh was? Kannst Du das bitte mal für mich nochmal machen. Ich bemühe mich redlich, komme aber nicht hinter Deine Erklärungsversuche. R-Widerstand I-Strom oder ist klein i was anderes?
Bitte um Erklärung für nicht Ingenieure. Danke.
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Am 13.09.2012 09:21, schrieb Georg Wieser:

Ich vermute, er meint folgendes: I²*R ist die Verlustleistung in einem ohmschen Widerstand. Jeder Motor hat einen ohmschen Widerstand, der macht Verluste, die quadratisch vom Strom abhängig sind.
Ist der Strom doppelt so hoch, sind die Verluste 4mal so hoch.
Wenn man sich dann mal die Wirkungsgradkurve eines E-Motors/Generators zusammen mit dieser Formel genauer anschaut dann merkt man folgendes:
Das Drehmoment eines Motors ist proportional zum Motorstrom, also doppelter Motorstrom = doppeltes Drehmoment.
Die Drehzahl des Motors wird durch die Spannung, die man anlegt, eingestellt, doppelte Spannung = doppelte Drehzahl. Das macht die Elektronik mit PWM.
Bei niedriger Drehzahl und hohem Strom hat man also eine niedrige Motorspannung. Der I²*R-Verlust des Motors hängt aber nur vom Motorstrom ab. Daraus folgt, fährt man relativ langsam aber mit hohem Drehmoment, ist der Wirkungsgrad des Motors sehr schlecht (z.B. den Berg hoch).
Der Wirkungsgrad des E-Motors ist also extrem vom Arbeitspunkt abhängig. Hohe Ströme bei niedriger Geschwindigkeit (Spannung) führen zu einem relativ schlechten Wirkungsgrad.
Wenn man das jetzt auf eine Berfahrt bezieht, kommt erstaunliches dabei heraus: Das Drehmoment, das man für eine konstante Steigung braucht, ist immer gleich, egal wie schnell man fährt. Fährt man einmal langsam den Berg hoch und einmal doppelt so schnell, so braucht man, von der Beschleunigungsphase mal abgesehen, beide Male den gleichen Strom, z.B. 200A. Die i²R Verluste sind also beide mal exakt identisch, z.B. 1kW. Bei doppelt so schneller Fahrt ist die Motordrehzahl und damit auch die Motorspannung doppelt so hoch. Die Leistung ist deshalb auch doppelt so hoch, die I²R-Verluste bleiben aber gleich, weil sich der Motorstrom nicht ändert. Wenn man also langsam den Berg hochfährt, hat der Motor bei langsamer Fahrt beispielsweise 80% Wirkungsgrad, bei doppelt so schneller fahrt aber 90%.
Jetzt kommt das Aber: Dies Betrachtung gilt nur für den Motor. Die Verluste in Batterie und Elektronik selbst steigen bei schnellerer Fahrt aber trotzdem an. Außerdem: Batteriestrom ist nicht gleich Motorstrom.
In Wirklichkeit steigt der Wirkungsgrad bei schnellerer Bergauffahrt also viel schwächer an, zumal ein höherer Luftwiderstand hinzukommt.
Ob sich die schnellere Fahrt dann wirklich rechnet, kommt extrem auf die Auslegung des Fahrzeugs an.
--
Michael

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Am 13.09.12 09.21, schrieb Georg Wieser:

nein, i ist der Strom. Ich habe immer die Notation aus der Elektrotechnik im Kopf - dort ist "I" ein Gleichstrom. Wenn ein allgemeiner, zeitabhängiger Strom gemeint ist, schreibt man oft "i".
Ich wollte nur vorsichtig darauf hinweisen, dass die pauschale Aussage "Elektromotore haben einen sehr guten Wirkungsgrad" nicht stimmt.
Und das hat durchaus Folgen für die Rekuperation: wenn man mit konstanter Geschwindigkeit fährt, beschleunigt man auch nicht. Damit sind die Motorverluste niedrig - aber: man bremst auch nicht, hat also keine Energie, die man rekuperieren könnte. Und je mehr Energie man rekuperieren wollte, um so mehr muss man "agil" fahren bzw. "bürsten", also ständig beschleunigen und wieder abbremsen. Und dann nimmt der Rekuperationswirkungsgrad ab, weil man gleichzeitig auch hohe Ströme sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb hat und somit hohe Verluste hat. Mit der Fahrweise kann man sich also aussuchen, ob man wenig mit gutem Wirkungsgrad oder viel mit schlechtem Wirkungsgrad rekuperieren möchte. Das ist so ungefähr die Wahl zwischen Pest und Cholera. Zusätzlich werden auch die Reibungsverluste bei hohen Geschwindigkeiten höher.
Im Grunde kann man den Rekuperationswirkungsgrad nur an Hand eines realistischen Beschleunigungs- bzw. Lastprofils (NEFZ?) sinnhaft errechnen - wäre mal ein nettes Projekt. Vor allem macht eine Bewertung oder ein Vergleich des Rekuperationswirkungsgrades ohne Zugrundelegung eines standardisierten Lastprofils keinerlei Sinn.
Zum Szenario "Berg rauf, Berg runter" kann man eigentlich nur sagen "Aha, dann wissen wir das." Der Erkenntnisgewinn ist exakt gleich Null - so, als würden wir sagen "Im Eiscafe Venezia kostet die Kugel Eis 90 ct." Wichtig wäre doch dazu: schmeckt das Eis? Ist das billiger oder teurer als nebenan? Sind die Kugeln beim Venezia größer oder kleiner als nebenan? Sieht die Bedienung vielleicht sexier aus als nebenan? "Berg rauf, Berg runter" ist alles andere als repräsentativ und dürfte von dem her (Gruß an Udo) eher zu optimistische Ergebnisse liefern. Aber das ist ja bei einer ergebnisorientierten Argumentation oft auch so gewollt: "Alle mal hersehen - so toll ist unsere Rekuperation!" Blubb.
V.
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Volker Staben schrieb:

Der Wirkungsgrad jeden Antriebs bei v=0 ist Null; nur Eingangsleistung, keine Ausgangsleistung. Trivial, und unbedeutend dazu. Daher gibt man besser an, wieviel Energie für die Beschleunigung auf 50 km/h oder dergleichen benötigt wird. Obiges ist ja auch Ärgerlich bei der Verwendung von Supercaps. Daher lässt man an denen die Spannung nicht unter 1V oder so abfallen.
--
mfg Rolf Bombach

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On 2012-09-12 14:17, Michael S wrote:

Bei dem Bus stehen 324 kWh Akku nur 180 kW Motor gegenüber. Der 540 V 600 A Akku wird so nur sehr gering beansprucht.

Falsch, beim Beschleunigen arbeiten Roll- und Luftwiderstand gegen die Motorleistung.
beim Bremsen helfen beide der Rekuperationsleistung.

Da sind aber auch Fahrtwiderstände.

Fahrer sind lernfähig
--
Roland Mösl
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Am Tue, 18 Sep 2012 19:19:41 +0200 schrieb Roland Mösl:

Weil die sich dann plötzlich umkehren?
Lutz
--
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Am 18.09.2012 19:19, schrieb Roland Mösl:

Nicht falsch, nur vereinfacht.

Entweder schlecht formuliert oder falsch. Die Energie, die beim Bremsen in den Luft- und Rollwiderstand geht, ist für die Rekuperation verloren. Das führt dazu, dass man etwas stärker verzögern kann, als man beschleunigt hat, ohne dass die mechanischen Bremsen hinzugezogen werden müssen.

Klar, das war vereinfacht.

Wenn man sich den täglichen Wahnsinn im Verkehr so anschaut, dann gilt das nur für einen Teil der Fahrer.
--
Michael

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Am 12.09.2012 13:56, schrieb Georg Wieser:

Mit vollem Recht nehme ich mal an. Das Problem ist die Batterie. Für die Lok der Baureihe sind die Daten wie folgt: Dauerleistung 6,4 MW Kurzzeitleistung 6,6 MW Bremsleistung 5,8 MW die aber in die Fahrleitung eingespeist werden.
Hans
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begin quoting, Georg Wieser schrieb:

Kelvinwattstunden?
Gute Frage.

Wenn es wirklich um den Fall "Berg rauf und wieder runter" geht, dann kommt mir das auch reichlich mager vor. Das ist aber die Frage, wie das definiert ist: Für eine Stunde Stadtfahrt wäre eine Verbrauchsreduktion um 5-10 % durch Nutzbremsung doch gar nicht so schlecht. (Stadtverkehr ist insofern günstiger als z. B. Autobahnfahrt: Da kann man gar nichts rekuperieren, es geht alles für (hauptsächlich Luft-)Reibung drauf.)

Technisch plausibel.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Am 12.09.2012 17:30, schrieb Ralf . K u s m i e r z:

Kusmierz-Weichbirne-Hirnerweichung...
Sorry, ging grad nicht anders
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begin quoting, Georg Wieser schrieb:

s/Kusmierz/Wieser
Das wird's sein, Depperle...
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Am 13.09.12 14.33, schrieb Ralf . K u s m i e r z:

Jaaah, er lebt noch, er lebt noch, stirbt nicht.
SCNR, V.
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Hallo,
On 12.09.2012 13:56, Georg Wieser wrote:

das kommt darauf an, wie groß deine Schleife ist.

Kommt darauf an, wo und wie Du die Energie speicherst. Also bei einem Aufzug funktioniert das ganz gut. Da wird im Gegengewicht gespeichert. Wenn Du über Generator, Spannungswandler, Akku, Spannungswandler, Motor musst, multiplizieren sich die Wirkungsgrade. Wenn jede der Komponenten im Mittel 80% bringt, liegt man bei gut 30%, 0,8^5 halt.

Da geht sicher mehr. Es ist immer eine Frage des Aufwands.

Bei Elektromaschinen hält sich das in Grenzen.

Ist auch zu schaffen. Eine Frage des Aufwands eben.
Marcel
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On 2012-09-12 13:56, Georg Wieser wrote:

Es kommt auf das Verhältnis Tempo, Gewicht, Luftwiderstand an.
5 bis 10 % wäre bei einem Elektroroller im Stadtverkehr realistisch.
So ein Roller hat nur den halben Luftwiderstand von einem Auto, aber gerade mal 1/10 vom Gewicht.

Die brauchst Du nicht in Frage stellen.
Bei den Testfahrten waren einige Fachleute dabei vom Busunternehmen Albus und von der Salzburg-AG, dem lokalen Energieversorger.
Im übrigen verwechselst Du viele verschiedene Werte.
Mit 5 bis 10% ist eine Reichweitenverlängerung gemeint. Also durch die Rekuperation hat man statt 100 eben 105 bis 110 km Reichweite.
Dies sagt aber nichts über den Wirkungsgrad der Rekuperation aus, weil unbekannt ist wieviel Rekuperation theoretisch statt finden könnte.
Das andere ist der Wirkungsgrad der Rekuperation.
Also wenn man 14,3 Tonnen 841 m runter läßt, dann wäre das maximal verügbare Potential der Höhendifferenz 33,4 kWh.
Also in einem luftleeren würde der Autobus aus 841 m Höhe beim Aufschlag eine Energie von 33,4 kWh haben.
Aber der Bus ist ja 13,4 km auf einer Straße gefahren. Der Verbrauch ist mit 100 kWh / 100 km angegeben.
Also machen wir mal folgende Rechnung
33,4 kWh Potential aus Höhendifferenz minus 13,4 kWh als normaler Verbrauch für 13,4 km ____________________________________________ 20 kWh theoretisch mögliche Rekuperation 16 kWh tatsächliche Rekuperation
Also 80% Wirkungsgrad beim Rekuperieren
--
Roland Mösl
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