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elweb Batterie
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vor 8 Jahren, 3 Monaten
Letzter Beitrag:
vor 8 Jahren, 2 Monaten
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Bernd Schlueter, Martin Heinrich, Lupin, Manuel., Buggi, vkp, Lukas Simma, R.M

Ohne Drehstromkiste, direkter Laderausgang?

Startbeitrag von Bernd Schlueter am 03.07.2009 01:21

Bei Cuk Wandlern sind bei 100%igem PFC Primär- und Sekundärseite so perfekt entkoppelt, dass mir immer wieder die Idee vorschwebt, für alle Elektrofahrzeuge das gleiche Ladegerät zu verwenden, das beispielsweise mit einstellbaren 50 bis 200 Ampere die Säfte in die Batterien drückt. Solch einem Flybacklader mit IGBT ist es eigentlich piepegal, bei welcher Spannung er mit dem Strom um sich wirft.
Wenn ich das richtig sehe, gibt es kaum 12 und 24 Voltfahrzeuge und das Gros tummelt sich im Bereich zwischen 36 und 160 Volt.
Deshalb komme ich immer wieder auf den dummen Gedanken, dass es doch gar nicht so abwegig wäre, ein Schnelladenetz aufzubauen.
Mit direkter Datenverbindung zur Feuerwehr, evtl auch mit induktiver Kopplung...
Voraussetzung wäre ein narrensicheres Sicherungssystem in jedem Fahrzeug. Solche powerlader laden nur bis 80% auf, es sollte auch ein zusätzlicher Schukostecker zur Verfügung stehen, der die Feinarbeit der Endladung. dem eingebauten Schwachstromlader überlässt.

Hat sich dazu schon jemand Gedanken gemacht?

Ich halte es nicht für sinnvoll, dass jeder seine eigenen Ladeklötze mit sich herumschleppt. Sehr bald wird es sehr viel mehr Elektrofahrzeuge als Ladestationen geben.

Gefährlich sind dann Wackelkontakte mit Bränden an den wackligen Überhitzungsstellen. Die einzige Möglichkeit, von der Laderseite aus diese zu erkennen, sind Detektoren für schnelle Spannungswechsel, überlaufende Batterien werden jedoch vom Lader nicht erkannt.
Dies müsste auf der Fahrzeugseite erkannt werden.
Immerhin werden Brände dadurch nicht häufiger auftreten als beim Istzustand.

Ich stelle fest, auf unsere heutigen mikroprozessorgesteuerten Lader kann man sich nicht verlassen, wenn wir die Berichte hier lesen.

Twikes und wenige andere Fahrzeuge mit hoher Fahrspannung besitzen zu kleine Batterien, um von einem solchen Ladegerät profitieren zu können. Die überaus preiswerten Leistungshalbleiter niedriger Arbeitspannung, legen es nah, dass zukünftig nur noch Fahrzeuge mit niedriger Betriebsspannung gebaut werden.
Eine Fahrspannung von nur 12 Volt halte ich keinesfalls für abwegig!
Das würde allerdings den Abschied vom Bürstereiunwesen mit Kohlen bedeuten. Damit bei einer Leistung von 24 kW nur 0,5 Volt Spannung an einem vier Meter langen Zuleitungskabel anfallen, müsste dieses einen Querschnitt von 320 mm² haben, sprich, 2 cm Durchmesser. Masse: gut 10 kg. Es könnte dann, in Form von Blechen, gleich als Kühlkörper für die Halbleiter dienen.
Bei 24 Volt verringert sich die erforderliche Masse auf ein Viertel.
Bei hochtourigeren Motoren verlangt die wachsende Feldverdrängung in den Nuten dann allerdings die Verwendung von isolierten Litzen oder Röbelstäben. Die Diskussion über diese überaus wichtigen Fragen sollte möglichst bald beginnen, ehe sich das Elektrofahrzeugwesen in einem Unwesen mit Hunderttausenderlei Normen und Spezialitäten verzettelt.
Ich erinnere daran, dass sich das geplante CANbussystem von zunächst angestrebten 42 Volt auf 12 Volt zurückbesonnen hat. Die Elektronik dafür existiert und ich schlage vor, dass wir uns mit 12 bis 48 Voltsystemen begnügen sollten.
Kleiner Nebeneffekt bei der Verwendung von Röbelstäben: die Wicklung muss sorgfältiger aufgebaut werden, es kommt dadurch zu weniger Ausfällen.
Die Halbleiter werden auf Mosfettechnik aufbauen. Die stabileren IGBTs können nur in den Ladern eingesetzt werden, da diese weiterhin mit 400 Volt-Drehstrom betrieben werden.

Antworten:

Ohne Drehstromkiste, direkter Laderausgang?

Klar, Twikes und unsere zukünftigen umgebauten Toyotas benötigen die Drehstromsteckdose. Was ist aber mit dem übrigen Fahrzeugpark? Zur Schnellladung genügen denen Spannungen zwischen 44 und 200 Volt Gleichspannung. Da frage ich mich, was wohl gefährlicher als Laderausgang ist, die nicht potentialgetrennte Drehstromleitung mit den zugehörigen Steckern, oder aber der direkte, erdpotentialgetrennte Gleichstromausgang mit Sicherheitseinrichtung gegen Störungen der Potentialtrennung.
Endgeladen wird dann eh über Schukostecker oder CEE oder wie das Ding heißt.

Warum ich das überlege? Es müsste möglich sein, zum relativ geringen Preis einen leistungsfähigen Gleichstromschnellader hinzustellen. Mit zunehmender Ladehaltdichte wäre das die geld- und energiesparendere Lösung.

Ich schwanke zur Zeit noch zwischen Induktionsleistungslader und direktem Gleichstromausgang.
Insbesondere erschrecken mich die vielen "durchgehenden" Bennings und andere angeblich so hochwertigen Markengeräte.

von Bernd Schlueter - am 20.07.2009 14:21
Hallo Bernd,

damit Du hier nicht so einsam bist sage ich Dir mal das die TWIKES bis heute keinen Drehstrom brauchen, haben auch nur normalen Schukostecker dran oder 2poligen (+PE) CEE.
Weil bisher ingsamt auch nicht viel Kapazität eingeladen werden mußte (das TWIKE ist halt sehr sparsam) reicht einphasig völlig aus und die hohe Spannung macht die Motor/Ladesteuerung im TWIKE nebenher.

Gruß Martin
Während Du noch schwankst hab ich mir schnell einen Zusatzlader zusammengestrickt aus altem Netzteil plus/minus 60Volt in Reihe mit gleichgerichteter Netzspannung kommen da genau 440Volt Ladeschlußspannung zusammen für meinen "Range-Extender" Bleiklotz (168 Stück Hawker 5Ah)!



von Martin Heinrich - am 21.07.2009 08:17

Würde das gehen ?

Hallo Bernd,

mal eine Überlegung - geht das ?

Mein Motor im Kangoo ist ein Drehstrommotor (Synchronmotor mit Feldwicklung). Der Umrichter kann sowohl bei Fahrt aus Gleichstrom schönen Wechselstrom machen, er kann aber auch beim runterfahren vom Berg aus dem Motor einen Drehstrom "raussaugen" und daraus Gleichstrom machen und in den Akku zurückspeisen.
Nehmen wir nun an dass der Akku ca. 600V hat und daraus wird durch den Umrichter für den Motor ganz schöner Drehstrom mit 400V erzeugt. Bei der Rekuperation liegt dann doch am Umrichter 3 Phasiger Drehstrom mit 400V an und er erzeugt ca. 600V für den Akku.
Naja wenn wir nun an den Umrichter statt den 3 Phasen des Motors im Stillstand ein 3 Phasen Netz anhängen dann müsste doch der Umrichter auch aus dem Netz heraus den Akku laden können so als ob es eine Rekuperation wäre.
Das tolle ist dass zb. mein Umricher beim Rekuperieren ca. 150A in der Akku reinschmeissen kann. Das sind immerhin schon 22kW Ladeleistung.

So könnte man sich doch bei geschickter Auslegung der Antriebs- und Akkuspannungen das Ladegerät sparen denn der Motorregler ist dann geleichzeitig das Ladegerät... weniger Komponenten, weniger Gewicht, weniger Kosten und doch ein Powerlader...

Hab ich einen Denkfehler ?

Beste Grüße,
Lukas











von Lukas Simma - am 21.07.2009 23:12

Re: Würde das gehen ?

Lukas, klar, das wäre dann genau ein Motortransformer, wie er in jeder älteren Straßenbahn eingebaut ist. Der läuft gerne mit einer höheren Frequenz als 50Hz und muss deshalb auch nicht so groß wie ein 50 hZ-Transformator sein. Der Wirkungsgrad kann hoch sein und der wäre es dann auch als Fahrmotor. Es müsste lediglich eine Kupplung für den Antrieb vorgesehen werden.
Der Grund, dass man die Motortransformer einsetzte, war, das man den stark schwankenden Gleichstrom des Fahrdrahtes in konstante oder auch veränderliche Fahr- und Beleuchtungsspannungen umformen konnte. Du hörst das Ding bei jeder älteren Straßenbahn, auch bei manchen E-Loks rumoren, wenn die Kiste "angelassen" wird. Hinzu kommt immer noch das lautere Geräusch des Gebläsemotors, insbesondere bei E-Loks.
Läuft wunderbar und zuverlässig, aber heute aus der Mode gekommen, weil man mit Transistoren billig noch viel höhere Frequemzen mit entsprechend winzigen Umrichtertransformatoren bauen kann. Das, was wir in unseren Elektroautos eingebaut haben, ist da nicht das Ende der Fahnenstange. Im Cityel werkeln wir beispielsweise mit 15 kHz. Man bewegt sich heute in Richtung 100 kHz, die Motortransformer bewegen sich gerne in der Umgebung der Industrienorm 400 Hz.
Ansonsten richtig, der dicke Motor wäre damit ja schon vorhanden, zusammen mit einem sehr hohen Wirkungsgrad und über den Feldstrom ließe sich ohne elektronische Wandlung umformen.
Würde mich nicht wundern, wenn manche E-Mobile so etwas hätten. Zum Beispiel bei dem, was die früheren österreichischen Ingenieure so in der Welt hinterlassen haben, beispielsweise in Italien ("Padania"), Slovenien, Ungarn, ganzer Balkan. Sozusagen eine sehr sinnvolle "Nacherfindung" von Dir!
Ich muss mal nachrfagen, ob der "Ducato" mit seinem auskuppelbaren Dauerlaufmotor nicht so ein Vertreter ist.
Wenn nicht die Transistoren Einzug gehalten hätten, da steckt der komplette Wandler schon als Wegwerfartikel in jeder Leuchtstofflampe und in jedem Wegwerffotoapparat.

Keine Frage, Martin, das Twike bleibt beim Ein- oder auch Mehrphasen-50Hz-Anschluss, da er in den weltweit verbreiteten Formen ausreicht.
Mein Zukunftstraum ist auch das leichtmobil, das auf eigenen, zweispurigen und sehr schmalen Wegen fährt und sich leicht quer in Züge verladen lässt. Die Form des Twike ist im unteren Bereich nicht optimal (Luftwiderstand), der Rest stimmt.
Auch bei meinen Ladeideeen lasse ich den genormten Massenanschluss bestehen, da er nur in der länger dauernden Nachladephase benötigt wird, die man sich, wenn es eilig ist, oder das Elektroparkplatzangebot knapp, auch sparen kann. Dann wird eben nur bis 80% geladen, wenn man zu Hause ist, erst der Rest mit dem einfachen Kabel an der Haussteckdose. Dann nur noch mit 1000 Watt statt beim Schnellader mit 10, 20 oder 100 kW.

Es gibt noch zwei Konzepte, eines für höhere Spannungen, mit IGBTs und für niedrige, mit Mosfets.
Meine Bevorzugung betrifft meist noch die Niedervoltlösung, so mit etwa 12 Volt für die Fahrbatterien.
Das funktioniert nur, wenn man die Kabellängen ganz mächtig reduziert. Das wäre dann, so ganz nebenbei, CANbuskompatibel. Um den geht es mir dabei allerdings nicht unbedingt. Den nehme ich aber mit, da den ja schon andere für mich entwickeln...
Mosfets mit 20, 30, 55 Volt Sperrspannung und sehr geringem Innenwiderstand sind schon heute preiswert erhältlich. Während diese mit einem Spannungsabfall in der Gegend von 0,1 Volt arbeiten, beträgt dieser bei IGBTs immer mehrere Volt. IGBTs sind robuster.
Twike und Franzosen: IGBT-Technik.
metal oxide semiconductor field-effect transistor auf Deutsch, nur zum Merken: Metalloxydschichtfeldeffekttransistor, auch insulated gate-Fat genannt (IGFET)
IGBT= insulated-gate bipolar transistor
Am Namen kann man die Unterschiede eigentlich nicht erkennen.





von Bernd Schlueter - am 22.07.2009 05:18

Re: Würde das gehen ?

Hallo Bernd,
wenn ich Lukas richtig verstanden habe, will er den E-Motor praktisch abklemmen und statt dessen die 3 Phasen direkt an Drehstrom legen um dann mit dem, was die Steurung maximal an Reku zulässt die Akkus zu laden.
Finde ich auch nicht uninteressant, bei mir fliessen beim Rekupieren bis zu 40A, teilweise auch drüber, und das bei einer Systemspannung von 144V. Dürfte einer Ladeleistung von über 6kW entsprechen.
Frage ist, ob der Controller das 90 Minuten mitmacht

von vkp - am 22.07.2009 08:36

Re: Würde das gehen ?

Hallo

Einfachlösung ist mit einer Drosselspule zu arbeiten wenn man schon auf die Netztrennung verzichten will, die Dinger sind zwar schwer aber einfach zu bekommen und fürs stationäre Laden wären die prima.


Gruß

Roman

von R.M - am 22.07.2009 15:50

Ja, das geht, aber wie sogar!

Ich suche ja schon einige Zeit nach einem PFC-Chip, das mir erlaubt mit einem Flusswandler vollständige Oberwellenfreiheit zu erzielen. Mit einem Fly free bzw. Sperrwandler, wie sie unsere Motorcontroller darstellen ist das absolut gewährleistet. Natürlich ist dabei auf die Motorinduktivität zu verzichten, weil sie unglaublich hohe Verluste verursacht. HF-Drosseln kann man aber klein und verlustarm bauen. Insofern überhaupt kein Problem, auch einen Motorcontroller zu verwenden. Nur, bitte den Motor durch eine Drossel ersetzen!
Ja, Lukas, du hast die Lösung! Die Motorcontroller sind immer ausreichend stark ausgelegt und vertragen die vollen Ausschaltströme und Spannungen, wie sie sowohl bei Reku, wie Langsamfahrt am Berg vorkommen. Da bin ich noch gar nicht drauf gekommen! Vorausgesetzt, die Motorspannung liegt in der Gegend der Netzversorgung, sind die Halbleiter mehr als ausreichend dimensioniert.
Zudem haben die Motorcontroller als reine Sperrwandler immer volle leistungsfaktorkorrektur und sind völlig oberwellenfrei.
Die Idee hatte ich noch gar nicht. Nichts liegt näher, als den gleichen Motorcontroller auch für das Laden zu verwenden. Mein Saxo könnte beispielsweise mit 25 kW laden. Das schaffen die Toshiba-IGBTs.
Die Curtisanen sind etwas zu niederfrequent und verlustreich mit ihren altmodischen Halbleitern, die Gero schon immer herauswirft. Die Drosseln müssten schon ziemlich dick werden, damit das Teil nicht überhitzt.

Merke: Ein Sperrwandler stellt etwa fünfmal so hohe Anforderungen an die Transistoren wie ein Flusswandler. Aus diesem Grund wurden auch alle PC-Nertztiele von Sperr- auf Flusswandler umgebaut, um mit den gleichen billigen Mosfets die vielfache leistung zu bekommen. Neuerdings werden sie wieder auf Sperrwandlerbetrieb zurückgebaut, weil die Flusswandler nicht die geoplanten und verabschiedeten, dann aber wieder rückgängig gemachten Auflagen nicht erfüllten.
Das sind TÜVleute, die die Politiker mit Besserwisserei und ohne Verstand beraten. Heraus kommt ein Chaos wie bei der Unsicherheit der Kernreaktoren. Viel Geschwätz, dahinter Hempels Sofa.
Was die Lader angeht, hatte ich mich schon für Hempels Sofa entschieden. jetzt fällt es mir wie die Flossen von der Taucherbrille: Die "teuren" Halbleiter sind schon in unseren Kisten enthalten.

Meine schon immer hier angepriesenen Spannungswandler sind durch die Bank Flusswandler und deshalb billiger. Wir können uns aber eigentlich das Feinste vom Feinsten erlauben.
Eigentlich genau, wie Lukas es meint. Dabei fliegt dann auch das verlustreiche Eisen aus den Motoren, der Motor wird mit einem Kondensator überbrückt, die Wandlerinduktivität alleine einer Luftspalt-Ferritspule übertragen. Damit bessern sich alle Wirkungsgrade, insbesondere bei der Langsamfahrt am Berg, beim Rekuperieren und beim Laden.
Da sieht man wieder: Erfinden ist keine einfache Wissenschaft. Irgendwo sieht man da den Wald vor lauter Bäumen nicht.

von Bernd Schlueter - am 22.07.2009 20:02
Die Idee von Lukas hat sich ACPropulsion schon schützen lassen
Was aber nicht heisst dass man das selber nicht trotzdem machen kann :-)

von Buggi - am 23.07.2009 06:18
Hallo,

sagt mir wenns anders ist aber neu ist die Idee nicht. Ich habe im Twike auch nur eine Steuerung die sowohl das Fahren/Bremsen als auch das Laden übernimmt.

Gruß Martin

von Martin Heinrich - am 23.07.2009 07:18
Bei der Idee statt des Motors einfach Drehstrom dran zu hängen um damit zu laden gibt es einen Haken. Der Drehstrom der beim Bremsen aus dem Motor kommt ist doch strombegrenzt. Der Drehstrom der aus dem Netz kommt ist nicht strombegrenzt. Man kann jetzt nicht einfach diesen Strom auf den Akku gleichrichten (das wird ja bei der Rekuperation gemacht) weil der Strom nicht begrenzt werden würde.

Also braucht es noch eines entsprechenden Wandlers. Die Leistungstransistoren lassen sich dann sowohl zum fahren, zur Rekuperation, als auch zum Laden nutzen, das Ladegerät ist aber trotzdem weiterhin als Funktionsblock in der Steuereinheit integriert.

Am besten wäre, wenn man sich auf zwei, drei Standard-Spannungen und Akkutypen einigen würde und dann entsprechende Ladestationen aufbaut. Der Akku müsste der Ladestation dann per Kommunikation mitteilen wie er gerne behandelt werden möchte und dann geht's los :-)

von Lupin - am 23.07.2009 10:23
Ist denn eine einstellbare Rekuperation nicht genau so eine Strombegrenzung?

von Manuel. - am 23.07.2009 10:33
Wenn etwas Spannungen und Ströme regelt, dann sind es unsere Controller. Also, dafür ist ganz sicher gesorgt, Wölfchen. Was das Schönste an der ganzen Geschichte ist, wegen der ausschließlichen fly back Schaltung sind keinerlei Ladekondensatoren erforderlich, ja, unerwünscht.
Keine Zwischenkreisspannung, nur die jeweilige Spannung der drei Netzphasen. Gerade dadurch entstehen keinerlei Oberwellen im Netz.
Der Nachteil ist natürlich, dass alles auf die hohe Spannung des Netzes ausgelegt werden muss, beim Twike sogar auf die noch höhere Spannung der Drehstrommaschine.

Teilke der Schaltung werden natürlich geschützt, nicht aber die grundliegende Idee, die selben Leistungshalbleiter sowohl fürs Fahren, wie fürs Laden zu verwenden.
Für mich kam das eigentlich nie in Frage, da mein eigenes Konzept bei niederen Batterispannungen läge.
Natürlich werden nicht einfach Drosselspulen an die Stelle des Motors gesetzt, sondern Luftspaltspulen mit Transformatorwicklung zur galvanischen Trennung.

Der gute Alan verzichtet auf all die Sicherheit und verpasst dem gesamten Fahrzeug eine nicht potentialgetrennte Netzspannung.
5 mA Strom machen einem gestählten Kalifornier schließlich nichts aus, wo man ohnehin nur mit 120 Volt hantiert, so seine Bemerkung.

Also, wenn wir unseren Straßen ein vom übrigen Netz getrenntes Ladestromnetz verpassen, könnte ich der Idee auch etwas abgewinnen.
Ein weiterer Punkt ist die unweigerliche Motorerwärmung durch Eisen und Kupferverluste.
Mir wäre schlicht und einfach die Energie zu teuer um auf 10, 20% des genutzten Stromes verzichten zu müssen.
Ob beim Twike die gleichen Leistungs-IGBTs auch zum Laden verwendet werden, entzieht sich meiner Kenntnis. Beim Twike geht es um einen einzigen IGBT von nur wenigen Euro, wie er auch in jedem Induktionskochfeld für 25 Euro enthalten ist.

Bei meiner Sagem black box werden allerdings andere Summen gehandelt. In dieser ist alles voneinander völlig getrennt. So geht nicht alles auf einmal kaputt.
Kommt allerdings in Deutschland auf das Gleiche heraus: Bei Citroen darf kein Mitarbeiter eine Box öffnen. Statt dem Wechsel einer Sicherung im Boxinnern kommt lediglich der Austausch der gesamten Box für 7000 Euro in Frage. Deutsche Autoschlosser haben keine wirkliche elektronische Ausbildung. Bei mir war eine Leiterbahn durchgebrannt. Ich vermute, weil an der 12 Volt-Batterie plus und minus einmal kurz vertauscht wurden.

Lohnen kann sich die gemeinsame Nutzung der Leistungshalbleiter nur bei Bestehen einer Schnellademöglichkeit, bei der der akku innerhalb weniger Minuten bis zu, bei mir, 1/2 Stunde die Batterien geladen werden können. Trotzdem ist bei meinem Saxo der Leistungslader nicht eingebaut.
Bei den Ducatos von Agnelli läuft sogar der Elektromotor immer weiter, wird gekuppelt und geschaltet, wie beim Verbrenner, um die Hilfsantriebe, Ventilator, Kühlmittelpumpen, Vakuumpumpe und Servolenkungspumpe nicht alle zusätzlich antreiben zu müssen. Bei meiner Kiste werkeln so sechs zusätzliche Elektromotoren. Dafür wäre wirklich ein Patent fällig.

Also, ich sehe jetzt doch ein grundliegendes Problem in der Verwendung der gemeinsamen Komponenten: auch die Batterien mit ihrem Elektrolyten müssten erst aufwendig galvanisch von den am Netz anliegenden Leistungsstufen mitsamt all ihren Steuer- und Anzeigeinheiten getrennt werden. Da ist ein zweiter Satz Halbleiter vielleicht doch angebrachter.
Trotzdem, auch das will erst einmal durchgedacht werden. Wenn mit uns Erfindern nicht manchmal die Pferde durchgehen würden, hätten wir heute noch weltweit die Zustände wie in der deutschen Elektroautoproduktion oder auch bei den Kernkraftwerken.
Bei letzteren sind die bürokratischen Hürden von TÜVseite inzwischen so groß, dass nichts mehr ohne Zustimmung geändert werden darf, auch, wenn dabei lebensgefährliche Zustände eintreten. Die Folge ist: man verschweigt und verdeckt von der Aufsichtsseite aus noch die unhaltbaren Zustände.

Ich könnte mir vorstellen, dass das Unikum Ducato in Italien nur entstanden ist, weil die zugelassenen Komponenten die Zulassung fehlte und man aus Kostengründen den anachronistischen Weg ging.

Vorschlag: Verabschieden wir uns reumütig wieder von unserer einerseits glänzenden Idee.

von Bernd Schlueter - am 23.07.2009 12:38
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