Eine möglichst effektive Nutzbremsung (Rekuperation) braucht einen Energiespeicher mit hoher Leistungsdichte und niedrigem Innenwiderstand. Eine Batterie z.B. hat einen viel zu hohen Innenwiderstand um das kurzzeitige aber hohe Leistungsangebot einer Nutzbremsung einfangen zu können.
Viel besser geeignet sind hierfür Kondensatoren mit hoher Leistungsdichte - auch Supercaps genannt. Typischerweise werden hier Doppelschichtkondensatoren eingesetzt, die so ausgelegt sind, dass sie im Sekundenbereich mit hoher Leistung effektiv geladen werden können. Der niedrige Innenwiderstand gilt nur für niedrige Lade- und Entladefrequenzen, denn die komplexe Impedanz eines Kondensators steig mit jwC.
Zu den Vorteilen des Supercaps gegenüber der Batterie gehört neben dem niedrigen Leistungsgewicht, dass er durch Lade-Entlade-Zyklen kaum altert. Damit eignen sie sich sehr gut für die Rekuperation im Hybridfahrzeug.
Um ein Gefühl für die Leistungsauslegung zu geben: Pro Tonne Fahrzeuggewicht benötigt man laut VDI meistens (abhängig von der Geschwindigkeitsdifferenz und Zeitvorgabe) zwischen 10 und 20 kW Bremsleistung. Die höchste Bremsleistung wird auf der Autobahn benötigt, sie fällt aber im Fahrzyklus relativ selten an. Deshalb lohnt sich eine Dimensionierung der Supercaps hierfür nicht, und deshalb fängt eine Nutzbremsung auf der Autobahn typischerweise nur max. 10% der Bremsleistung im Supercap ein. Im gemischten Zyklus werden 15% Verbrauchssenkung erzielt (VDI).
D.h. auch wer nicht im Stadtverkehr rein elektrisch fahren will und deshalb auf einen Full-Hybrid verzichten will, kann mit mit der Nutzbremsung eines Mild-Hybrid 15% Energie und CO2 sparen.
Begrenzt wird dieser Wert durch die erzielbaren Leistungsdichten pro Gewicht und pro Volumen. In einem BMW X3 "Efficient Dynamics" Prototypen wurden beispielsweise die Seitenschweller als Bauraum für Supercaps komplett ausgefüllt.
Von einer Kombination von Batterie (als Energiespeicher) und Supercap (als Leistungsspeicher) profitiert die Lebensdauer der Batterie, da sie gerade von der höchsten Beanspruchung einer Leistungsspitze entlastet wird. Zudem muss man die Batterie eines Hybridfahrzeugs nicht mehr für die höchste Leistungsspitze dimensionieren, was Gewicht einspart. Auch kann man u.U. die Einführung einer zweiten, höheren (42V) Spannungsebene im Bordnetz hinauszögern.
Für reine Elektrofahrzeuge stellt der Supercap wiederum keine Entlastung dar, da die Batterie eh für lange Reichweiten dimensioniert wird, und damit eine für Rekuperation oder andere Leistungsspitzen genügend hohe Spitzenleistung einher geht.
Interessant ist auch noch folgender Zusammenhang, der wieder einmal dem intuitiv empfundenen "Leistungsgefühl" des Autofahrers widerspricht:
Die benötigte Leistung eines Fahrzeugs hängt viel mehr von seiner vorgegebenen Beschleunigung ab als von seiner Masse. Gibt man beispielsweise ein Limit für die Beschleunigung von 0 auf 100, dann brauchen fast alle Fahrzeugklassen hierfür die gleiche Leistung. Ist das schwerste Fahrzeug (SUV) doppelt so schwer wie das leichteste, so benötigt es trotzdem nur ca. 10% mehr Leistung. Ein SUV wird also nicht durch sein Gewicht zur Energievernichtungsmaschine, sondern durch die Vorgabe hoher Beschleunigungswerte.
Daraus folgt auch, dass die heute gängige Übermotorisierung weniger aus gestiegenen Höchstgeschwindigkeiten resultiert, sondern aus besseren Beschleunigungswerten.
Quellen: "Supercaps - Eigenschaften und Fahrzeuganwendungen", VDI Berichte 2005, WIMA (Hersteller),
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Donnerstag, 4. September 2008
Sonntag, 15. November 2009
Supercaps für Leistungsspitzen im Bordnetz
Eine möglichst effektive Nutzbremsung (Rekuperation) braucht einen Energiespeicher mit hoher Leistungsdichte und niedrigem Innenwiderstand. Eine Batterie z.B. hat einen viel zu hohen Innenwiderstand um das kurzzeitige aber hohe Leistungsangebot einer Nutzbremsung einfangen zu können.
Viel besser geeignet sind hierfür Kondensatoren mit hoher Leistungsdichte - auch Supercaps genannt. Typischerweise werden hier Doppelschichtkondensatoren eingesetzt, die so ausgelegt sind, dass sie im Sekundenbereich mit hoher Leistung effektiv geladen werden können. Der niedrige Innenwiderstand gilt nur für niedrige Lade- und Entladefrequenzen, denn die komplexe Impedanz eines Kondensators steig mit jwC.
Zu den Vorteilen des Supercaps gegenüber der Batterie gehört neben dem niedrigen Leistungsgewicht, dass er durch Lade-Entlade-Zyklen kaum altert. Damit eignen sie sich sehr gut für die Rekuperation im Hybridfahrzeug.
Um ein Gefühl für die Leistungsauslegung zu geben: Pro Tonne Fahrzeuggewicht benötigt man laut VDI meistens (abhängig von der Geschwindigkeitsdifferenz und Zeitvorgabe) zwischen 10 und 20 kW Bremsleistung. Die höchste Bremsleistung wird auf der Autobahn benötigt, sie fällt aber im Fahrzyklus relativ selten an. Deshalb lohnt sich eine Dimensionierung der Supercaps hierfür nicht, und deshalb fängt eine Nutzbremsung auf der Autobahn typischerweise nur max. 10% der Bremsleistung im Supercap ein. Im gemischten Zyklus werden 15% Verbrauchssenkung erzielt (VDI).
D.h. auch wer nicht im Stadtverkehr rein elektrisch fahren will und deshalb auf einen Full-Hybrid verzichten will, kann mit mit der Nutzbremsung eines Mild-Hybrid 15% Energie und CO2 sparen.
Begrenzt wird dieser Wert durch die erzielbaren Leistungsdichten pro Gewicht und pro Volumen. In einem BMW X3 "Efficient Dynamics" Prototypen wurden beispielsweise die Seitenschweller als Bauraum für Supercaps komplett ausgefüllt.
Von einer Kombination von Batterie (als Energiespeicher) und Supercap (als Leistungsspeicher) profitiert die Lebensdauer der Batterie, da sie gerade von der höchsten Beanspruchung einer Leistungsspitze entlastet wird. Zudem muss man die Batterie eines Hybridfahrzeugs nicht mehr für die höchste Leistungsspitze dimensionieren, was Gewicht einspart. Auch kann man u.U. die Einführung einer zweiten, höheren (42V) Spannungsebene im Bordnetz hinauszögern.
Für reine Elektrofahrzeuge stellt der Supercap wiederum keine Entlastung dar, da die Batterie eh für lange Reichweiten dimensioniert wird, und damit eine für Rekuperation oder andere Leistungsspitzen genügend hohe Spitzenleistung einher geht.
Interessant ist auch noch folgender Zusammenhang, der wieder einmal dem intuitiv empfundenen "Leistungsgefühl" des Autofahrers widerspricht:
Die benötigte Leistung eines Fahrzeugs hängt viel mehr von seiner vorgegebenen Beschleunigung ab als von seiner Masse. Gibt man beispielsweise ein Limit für die Beschleunigung von 0 auf 100, dann brauchen fast alle Fahrzeugklassen hierfür die gleiche Leistung. Ist das schwerste Fahrzeug (SUV) doppelt so schwer wie das leichteste, so benötigt es trotzdem nur ca. 10% mehr Leistung. Ein SUV wird also nicht durch sein Gewicht zur Energievernichtungsmaschine, sondern durch die Vorgabe hoher Beschleunigungswerte.
Daraus folgt auch, dass die heute gängige Übermotorisierung weniger aus gestiegenen Höchstgeschwindigkeiten resultiert, sondern aus besseren Beschleunigungswerten.
Quellen: "Supercaps - Eigenschaften und Fahrzeuganwendungen", VDI Berichte 2005, WIMA (Hersteller),
Viel besser geeignet sind hierfür Kondensatoren mit hoher Leistungsdichte - auch Supercaps genannt. Typischerweise werden hier Doppelschichtkondensatoren eingesetzt, die so ausgelegt sind, dass sie im Sekundenbereich mit hoher Leistung effektiv geladen werden können. Der niedrige Innenwiderstand gilt nur für niedrige Lade- und Entladefrequenzen, denn die komplexe Impedanz eines Kondensators steig mit jwC.
Zu den Vorteilen des Supercaps gegenüber der Batterie gehört neben dem niedrigen Leistungsgewicht, dass er durch Lade-Entlade-Zyklen kaum altert. Damit eignen sie sich sehr gut für die Rekuperation im Hybridfahrzeug.
Um ein Gefühl für die Leistungsauslegung zu geben: Pro Tonne Fahrzeuggewicht benötigt man laut VDI meistens (abhängig von der Geschwindigkeitsdifferenz und Zeitvorgabe) zwischen 10 und 20 kW Bremsleistung. Die höchste Bremsleistung wird auf der Autobahn benötigt, sie fällt aber im Fahrzyklus relativ selten an. Deshalb lohnt sich eine Dimensionierung der Supercaps hierfür nicht, und deshalb fängt eine Nutzbremsung auf der Autobahn typischerweise nur max. 10% der Bremsleistung im Supercap ein. Im gemischten Zyklus werden 15% Verbrauchssenkung erzielt (VDI).
D.h. auch wer nicht im Stadtverkehr rein elektrisch fahren will und deshalb auf einen Full-Hybrid verzichten will, kann mit mit der Nutzbremsung eines Mild-Hybrid 15% Energie und CO2 sparen.
Begrenzt wird dieser Wert durch die erzielbaren Leistungsdichten pro Gewicht und pro Volumen. In einem BMW X3 "Efficient Dynamics" Prototypen wurden beispielsweise die Seitenschweller als Bauraum für Supercaps komplett ausgefüllt.
Von einer Kombination von Batterie (als Energiespeicher) und Supercap (als Leistungsspeicher) profitiert die Lebensdauer der Batterie, da sie gerade von der höchsten Beanspruchung einer Leistungsspitze entlastet wird. Zudem muss man die Batterie eines Hybridfahrzeugs nicht mehr für die höchste Leistungsspitze dimensionieren, was Gewicht einspart. Auch kann man u.U. die Einführung einer zweiten, höheren (42V) Spannungsebene im Bordnetz hinauszögern.
Für reine Elektrofahrzeuge stellt der Supercap wiederum keine Entlastung dar, da die Batterie eh für lange Reichweiten dimensioniert wird, und damit eine für Rekuperation oder andere Leistungsspitzen genügend hohe Spitzenleistung einher geht.
Interessant ist auch noch folgender Zusammenhang, der wieder einmal dem intuitiv empfundenen "Leistungsgefühl" des Autofahrers widerspricht:
Die benötigte Leistung eines Fahrzeugs hängt viel mehr von seiner vorgegebenen Beschleunigung ab als von seiner Masse. Gibt man beispielsweise ein Limit für die Beschleunigung von 0 auf 100, dann brauchen fast alle Fahrzeugklassen hierfür die gleiche Leistung. Ist das schwerste Fahrzeug (SUV) doppelt so schwer wie das leichteste, so benötigt es trotzdem nur ca. 10% mehr Leistung. Ein SUV wird also nicht durch sein Gewicht zur Energievernichtungsmaschine, sondern durch die Vorgabe hoher Beschleunigungswerte.
Daraus folgt auch, dass die heute gängige Übermotorisierung weniger aus gestiegenen Höchstgeschwindigkeiten resultiert, sondern aus besseren Beschleunigungswerten.
Quellen: "Supercaps - Eigenschaften und Fahrzeuganwendungen", VDI Berichte 2005, WIMA (Hersteller),
Dienstag, 22. März 2011
Tesla setzt auf Supercaps
Tesla Chef Musk sieht wenig Sinn darin, in Batterien zu investieren. Er setzt auf Supercaps, auf deutsch: Hochleistungskondensatoren: Link
Ich hatte 2008 schon mal darüber geschrieben (Link). Kondensatoren eignen sich vor allem besser zum Einspeichern hoher Leistungen bei starken Verzögerungen. Batterien speichern die Leistungsvernichtung einer Vollbremsung nicht ein, Supercaps sehr wohl, weil sie praktisch keine Ladezeit haben. Weiterer Vorteil: Sie altern kaum. Und: sie sind nicht so hitzeempfindlich wie Batterien.
Genau so schnell wie man sie laden kann, kann man sie auch entladen. D.h. man kann mit ihnen gut beschleunigen. Damit eignen sie sich gut für Hybridautos, vor allem Hybridsportwagen: Das Bremsen vor der Kurve lädt den Supercap, die Beschleunigung aus der Kurve kann sofort wieder vom Supercap gespeist werden. Mit wenigen Verlusten. Bei künftigen 24h-Rennen müsste sich dieser Effekt in eingesparten Tankstops bemerkbar machen.
Nutzt man Batterien und Supercaps in Kombination, kann man die Batterie kleiner auslegen und Gewicht (und Kosten) sparen. Auch verschont der Kondensator die Batterie gerade vor den stressigen Ladespitzen und verlängert damit ihre Lebensdauer.
Supercaps lohnen sich um so mehr, je mehr Beschleunigungs- und Bremsvorgänge im persönlichen Fahrzyklus liegen. Als Versorgungskonzept für ein reines Elektroauto kann ich sie mir aber noch nicht vorstellen. Aber vielleicht hat sich hier in drei Jahren viel getan..
Ansonsten wächst Teslo Motors stark in Europa. Nach Unternehmensangaben wurden in Europa bis jetzt 400 Roadster verkauft.
Ich hatte 2008 schon mal darüber geschrieben (Link). Kondensatoren eignen sich vor allem besser zum Einspeichern hoher Leistungen bei starken Verzögerungen. Batterien speichern die Leistungsvernichtung einer Vollbremsung nicht ein, Supercaps sehr wohl, weil sie praktisch keine Ladezeit haben. Weiterer Vorteil: Sie altern kaum. Und: sie sind nicht so hitzeempfindlich wie Batterien.
Genau so schnell wie man sie laden kann, kann man sie auch entladen. D.h. man kann mit ihnen gut beschleunigen. Damit eignen sie sich gut für Hybridautos, vor allem Hybridsportwagen: Das Bremsen vor der Kurve lädt den Supercap, die Beschleunigung aus der Kurve kann sofort wieder vom Supercap gespeist werden. Mit wenigen Verlusten. Bei künftigen 24h-Rennen müsste sich dieser Effekt in eingesparten Tankstops bemerkbar machen.
Nutzt man Batterien und Supercaps in Kombination, kann man die Batterie kleiner auslegen und Gewicht (und Kosten) sparen. Auch verschont der Kondensator die Batterie gerade vor den stressigen Ladespitzen und verlängert damit ihre Lebensdauer.
Supercaps lohnen sich um so mehr, je mehr Beschleunigungs- und Bremsvorgänge im persönlichen Fahrzyklus liegen. Als Versorgungskonzept für ein reines Elektroauto kann ich sie mir aber noch nicht vorstellen. Aber vielleicht hat sich hier in drei Jahren viel getan..
Ansonsten wächst Teslo Motors stark in Europa. Nach Unternehmensangaben wurden in Europa bis jetzt 400 Roadster verkauft.
Dienstag, 16. Juni 2015
Porsche gewinnt mit Vorsprung durch Technik
Porsche kam, sah und siegte. Bereits im zweiten Jahr ihrer Rückkehr gewinnen sie in der LMP1 Prototypenklasse mit Bravour. Plätze 1 und 2. Keine Ausfälle, nicht mal ein Kratzer. Dazu ein erfahrenes Fahrerteam und ein sehr junges, talentiertes mit Nico Hülkenberg. Das junge Team gewann.
Zur Technik des Porsche 919:
Hybrid ist in der LMP1-Klasse Pflicht. Im Rennen wird der Elektroantrieb natürlich nur zum Boosten, also für zusätzliches Drehmoment genutzt. Die Boostenergie wird zuvor beim letzten Bremsvorgang gewonnen und zwischengespeichert - so das Konzept.
Porsche hatte nicht nur das Qualifying "gewonnen". Sie hielten die Führung auch fast während des gesamten Rennens durch. Für das Siegerfahrzeug galt: Keine technischen Ausfälle, keine Fahrerfehler, keine Touchierungen mit anderen Fahrzeugen. Einfach perfekt. Und die Bestätigung einer alten Regel: Das erste Ziel bei 24h-Rennen und Rallyes lautet: Ankommen.
In den letzten 10 Jahren stets Audi gegen Peugeot. Meistens gewann Audi, dank seiner Dieseltechnik TDI. Audi war der "Dieselkönig". Er ist jetzt abgelöst worden vom Hybridkönig. Der Vorsprung durch Technik liegt jetzt bei Porsche. Die beiden anderen beiden Marken Toyota und Nissan liegen in der LMP1 übrigens unter "ferner liefen".
Zur Technik des Porsche 919:
- 2,0l V4-Turbo.Motor (Benzin) mit 370kW (500PS)
- Heck-/Allradantrieb, 7-Gang
- Hybrid: Li-Ionen, E-Maschine mit 400PS an der Vorderachse
- Energierückgewinnung: Rekuperation (generatorisches Bremsen und Speichern) und Abgaswärmerückgewinnung
- Leichtbau (870kg)
- Tankvolumen 68,5l
- Audi: Diesel V6 mit Schwungmassenspeicher.
- Toyota: Benziner V8 mit Supercaps (Kondensatoren) als Speicher.
- Nissan: Frontmotor, Frontantrieb, Elektromaschine an der Hinterachse
- Diesen beiden Stromspeichern gemeinsam ist, dass sie anders als die Batterietechnik von Porsche nicht wärmesensitiv sind.
Hybrid ist in der LMP1-Klasse Pflicht. Im Rennen wird der Elektroantrieb natürlich nur zum Boosten, also für zusätzliches Drehmoment genutzt. Die Boostenergie wird zuvor beim letzten Bremsvorgang gewonnen und zwischengespeichert - so das Konzept.
Porsche hatte nicht nur das Qualifying "gewonnen". Sie hielten die Führung auch fast während des gesamten Rennens durch. Für das Siegerfahrzeug galt: Keine technischen Ausfälle, keine Fahrerfehler, keine Touchierungen mit anderen Fahrzeugen. Einfach perfekt. Und die Bestätigung einer alten Regel: Das erste Ziel bei 24h-Rennen und Rallyes lautet: Ankommen.
In den letzten 10 Jahren stets Audi gegen Peugeot. Meistens gewann Audi, dank seiner Dieseltechnik TDI. Audi war der "Dieselkönig". Er ist jetzt abgelöst worden vom Hybridkönig. Der Vorsprung durch Technik liegt jetzt bei Porsche. Die beiden anderen beiden Marken Toyota und Nissan liegen in der LMP1 übrigens unter "ferner liefen".
Porsche siegt Dank Qualität
Porsche kam, sah und siegte. Bereits im zweiten Jahr ihrer Rückkehr gewinnen sie in der LMP1 Prototypenklasse mit Bravour. Plätze 1 und 2. Keine Ausfälle, nicht mal ein Kratzer. Dazu ein erfahrenes Fahrerteam und ein sehr junges, talentiertes mit Nico Hülkenberg. Das junge Team gewann.
Zur Technik des Porsche 919:
Hybrid ist in der LMP1-Klasse Pflicht. Im Rennen wird der Elektroantrieb natürlich nur zum Boosten, also für zusätzliches Drehmoment genutzt. Die Boostenergie wird zuvor beim letzten Bremsvorgang gewonnen und zwischengespeichert - so das Konzept.
Porsche hatte nicht nur das Qualifying "gewonnen". Sie hielten die Führung auch fast während des gesamten Rennens durch. Für das Siegerfahrzeug galt: Keine technischen Ausfälle, keine Fahrerfehler, keine Touchierungen mit anderen Fahrzeugen. Einfach perfekt. Und die Bestätigung einer alten Regel: Das erste Ziel bei 24h-Rennen und Rallyes lautet: Ankommen.
In den letzten 10 Jahren stets Audi gegen Peugeot. Meistens gewann Audi, dank seiner Dieseltechnik TDI. Audi war der "Dieselkönig". Er ist jetzt abgelöst worden vom Hybridkönig. Der Vorsprung durch Technik liegt jetzt bei Porsche. Die beiden anderen beiden Marken Toyota und Nissan liegen in der LMP1 übrigens unter "ferner liefen".
Zur Technik des Porsche 919:
- 2,0l V4-Turbo.Motor (Benzin) mit 370kW (500PS)
- Heck-/Allradantrieb, 7-Gang
- Hybrid: Li-Ionen, E-Maschine mit 400PS an der Vorderachse
- Energierückgewinnung: Rekuperation (generatorisches Bremsen und Speichern) und Abgaswärmerückgewinnung
- Leichtbau (870kg)
- Tankvolumen 68,5l
- Audi: Diesel V6 mit Schwungmassenspeicher.
- Toyota: Benziner V8 mit Supercaps (Kondensatoren) als Speicher.
- Nissan: Frontmotor, Frontantrieb, Elektromaschine an der Hinterachse
- Diesen beiden Stromspeichern gemeinsam ist, dass sie anders als die Batterietechnik von Porsche nicht wärmesensitiv sind.
Hybrid ist in der LMP1-Klasse Pflicht. Im Rennen wird der Elektroantrieb natürlich nur zum Boosten, also für zusätzliches Drehmoment genutzt. Die Boostenergie wird zuvor beim letzten Bremsvorgang gewonnen und zwischengespeichert - so das Konzept.
Porsche hatte nicht nur das Qualifying "gewonnen". Sie hielten die Führung auch fast während des gesamten Rennens durch. Für das Siegerfahrzeug galt: Keine technischen Ausfälle, keine Fahrerfehler, keine Touchierungen mit anderen Fahrzeugen. Einfach perfekt. Und die Bestätigung einer alten Regel: Das erste Ziel bei 24h-Rennen und Rallyes lautet: Ankommen.
In den letzten 10 Jahren stets Audi gegen Peugeot. Meistens gewann Audi, dank seiner Dieseltechnik TDI. Audi war der "Dieselkönig". Er ist jetzt abgelöst worden vom Hybridkönig. Der Vorsprung durch Technik liegt jetzt bei Porsche. Die beiden anderen beiden Marken Toyota und Nissan liegen in der LMP1 übrigens unter "ferner liefen".
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