Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kondensator als "Booster"


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von Fabian B. (methisto)


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Hallo,
bitte steinigt mich nicht, wenn ich einen Denkfehler in meinem Vorhaben 
habe, es wäre einmal ein theoretischer Ansatz.

Würde es funktionieren, wenn ich bei einenm E-Kart mit 48V DC 
Staplermotor quasi im Schub/Bremsbetrieb mehrere 12V Povercaps in Serie 
schalte und damit lade, bei Vollgas (elektronisch angesteuert) sie per 
Schütz parallel schalte und die wiederum in Serie zu den Batterien.
Die überlegung dahinter ist, dass ich kurzzeitig ca. 60V 
Betriebsspannung und damit einen kleinen "Speedboost" erreiche und wenn 
die Kondensatoren entladen sind werden sie wieder von der 
Akkustromversorgung getrennt und können wieder geladen werden.
Geht das? Würden die in Serie zu den Batterien geschaltenen Akkus 
Stromfluss zum Antrieb sperren? Mit welchen Effekten ist zu rechnen?

Ist generell ein Batteriemanagment bei 4 Stk. 12V Akkus in Serie 
empfehlenswert?
Vielen dank!

: Verschoben durch Admin
von Klaus W. (mfgkw)


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Fabian Bischofberger schrieb:
> Geht das?

Alles geht, bloß die Frösche hüpfen.

Im Prinzip erscheint mir die Idee sogar richtig.
Das Problem dabei ist aber, daß du keine Kondensatoren finden wirst, die 
einen Motor für eine nennenswerte Zeit versorgen können.
Und dein Boost mit ein paar ms wird dir nicht helfen.

Fabian Bischofberger schrieb:
> Ist generell ein Batteriemanagment bei 4 Stk. 12V Akkus in Serie
> empfehlenswert?

Wahrscheinlich nicht, was willst du damit erreichen?

von Roland .. (rowland)


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Da ist es vielleicht besser, den Platz, den die Kondensatoren einnehmen 
würden, mit einer fünften Batterie zu füllen. Da kannst Du den "Boost" 
solange nutzen, wie es Dein Motor aushält, bzw. solange es eben die 
Steuerungssoftware erlaubt.

von Michael (Gast)


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Rechne dir einfach mal aus, wieviel Energie in einen Kondensator paßt 
und welche Energie benötigt wird, um ein E-Kart auf eine gewünschte 
Geschwindigkeit zu beschleunigen.

von Julian R. (tuefftler)


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Ein anderer Ansatz wäre, den Kondesator, der denke ich als 
Elektrolytkondensator ausfallen wird, zu verpolen und die 
Explosionsenergie als Schub zu verwenden. Risiken und Nebenwirkungen...


Schonmal geschaut, was so Kondensatoren überhaupt kosten?

http://www.conrad.de/ce/de/product/450813/?insert_kz=VQ&hk=SEM&WT.srch=1&WT.mc_id=google_pla&gclid=COSli4DY7LsCFchY3god5ScAQA

Genügend von denen in Serie und es klappt unter Umständen mit der 
elektrischen Variante, andernfalls bist du nur arm...

von Irgenwer (Gast)


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von Tim  . (cpldcpu)


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Michael schrieb:
> Rechne dir einfach mal aus, wieviel Energie in einen Kondensator paßt
> und welche Energie benötigt wird, um ein E-Kart auf eine gewünschte
> Geschwindigkeit zu beschleunigen.

Das haben schon andere gemacht:

http://en.wikipedia.org/wiki/Capa_vehicle

von Fabian B. (methisto)


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Warum keine Batterie? Habe mir gedacht da eine Reihenschlussmaschine als 
Generator die Spannung ja drezahlabhängig abgibt, und wenn ein 
Kondensator eine Ladung von 10 oder 7 V (drezahlabhängig) erhält, würde 
es halt einfach unterschiedlich starke "Boosts" ergeben.
Erfinden will ich auch nichts, Rekuperation ist mir bekannt, möchte 
jedoch nicht den Aufwand der Automobilentwickler betreiben ;)
Wie lange würde dieser Schub andauern bei 4x12V 3F Kondensatoren? Motor 
hat ungefähr 6kw...Bin natürlich auch für andere Lösungen offen!

von Martin S. (sirnails)


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Schau mal der neue Mazda 6 hat so eine Spielerei. Ein Mehrwert wurde 
nicht festgestellt.

von Fabian B. (methisto)


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Mazda 6=kein reines Elektrofahrzeug!

von Eumel (Gast)


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Fabian Bischofberger schrieb:
> Mazda 6=kein reines Elektrofahrzeug!

Na und? Das Prinzip ist doch das gleiche.

von Roland .. (rowland)


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Nun, ich bin überrascht. 48V bei 3F. E = C * U²/2, Ergibt 3,4kJ. 
Angenommen das Kart hat 100kg, dann reicht diese Energie - theoretisch, 
ohne Reibung und Berücksichtigung etwaiger nötiger Spannungswandler - um 
das Kart auf 30km/h zu beschleunigen ( v=sqrt(E*2/m) ).

: Bearbeitet durch User
von Fabian B. (methisto)


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Der Kondensator soll als Ergänzung zur normalen Stromversorgung dienen 
und erst wenn der Motor ziemlich die Nenndrezahl hat zugeschaltet werden 
um die Spannung auf ungefähr 60V erhöhen und nicht zur reinen 
Beschleunigung von 0-30km/h dienen!

Kann mir einer eine halbwegs seriöse Berechnung aufstellen wie ich die 
Kondensatoren zu dimensionieren habe?
Antrieb: 6kw 48V
Mir würde ein Boost von 2 Sekunden reichen!
Und wieviel (Bremsenergie) ist nötig um die Kondensatoren zu laden?

von Roland .. (rowland)


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Fabian Bischofberger schrieb:
> Kann mir einer eine halbwegs seriöse Berechnung aufstellen wie ich die
> Kondensatoren zu dimensionieren habe?
> Antrieb: 6kw 48V
> Mir würde ein Boost von 2 Sekunden reichen!
> Und wieviel (Bremsenergie) ist nötig um die Kondensatoren zu laden?

Lustig. Suchst Du eine seriösere Physik als die gänge Physik ;-)

Fabian Bischofberger schrieb:
> Der Kondensator soll als Ergänzung zur normalen Stromversorgung dienen
> und erst wenn der Motor ziemlich die Nenndrezahl hat zugeschaltet werden
> um die Spannung auf ungefähr 60V erhöhen und nicht zur reinen
> Beschleunigung von 0-30km/h dienen!

Ja, dann hast Du wohl die Rechnung nicht verstanden, macht nichts.

von Fabian B. (methisto)


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eine tolle Antwort

von Mike (Gast)


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Fabian Bischofberger schrieb:
> Und wieviel (Bremsenergie) ist nötig um die Kondensatoren zu laden?

Genausoviel, wie du raus holen willst, abzüglich der Verluste deine 
Schaltung.

von Sean G. (atmega318)


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Jemand hat dir doch grade vorgerechnet, dass das 3.4kj sind. Das + deine 
6kw ist ja alles was du wissen musst. Einfach dran denken, dass die 
3.4kj in einer Entladung von 12-0V sind, und kann dein Motor z.B. 
verbliebene 4V nutzen? NEIN!

von Martin S. (sirnails)


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Und außerdem: Es ist viel sinnvoller die Energie im Anlaufmoment zu 
nutzen, als hinten raus 90% in Reibung zu verbraten.

von Fabian B. (methisto)


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warum nicht? der Motor läuft dann immernoch mit 52V!? Kann man Akkus und 
Kondensatoren einfach so in Serie schalten?
Mir fehlt der Praxisbezug vieviel 3,4kj sind? Sagen wir ich fahre 70km/h 
bei annähernd Nenndrezahl und schalte dann die mit zb. 9,7V geladenen 
Kondensatoren zu. Wie verhält es sich?

von Sean G. (atmega318)


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Ganz einfach 3.4kj sind 3400 Wattsekunden. Und ein Kondensator verhält 
sich beim Entladen aber anders als ein Akku: 
http://www.cbcity.de/wp-content/uploads/2012/10/Lade-Entladekurve-Vergleich-EDLC-Akku.png

von Roland .. (rowland)


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Fabian Bischofberger schrieb:
> Mir fehlt der Praxisbezug vieviel 3,4kj sind?

Na, was glaubst Du, welchen Zweck meine Berechnung mit dem Vergleich der 
Beschleunigung einer 100kg Masse auf 30km/h hatte?

von kopfkratzer (Gast)


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kopfkratz
Also Kondensatoren dienen ja gerade zur Stützung bei hohen kurzfristigen 
Ampere Lasten, umgekehrt lassen sie sich "wartungslos" neu laden.
Ergo Berg hinauf und die Kondensatoren werden entladen, Berg hinunter 
und man hat wieder die Energie für Berg hinauf abzüglich Reibungs- und 
Wandlungsverlusten.
Als extra "Booster" würde ich sie nicht sehen/einsetzen.
Man könnte überlegen ob MLCCs statt Akku genommen werden könnten, für 
Kurzstrecken ...

von Martin S. (sirnails)


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Roland ... schrieb:
> Fabian Bischofberger schrieb:
>> Mir fehlt der Praxisbezug vieviel 3,4kj sind?
>
> Na, was glaubst Du, welchen Zweck meine Berechnung mit dem Vergleich der
> Beschleunigung einer 100kg Masse auf 30km/h hatte?

Und wenn wir dann schon bei richtiger Physik sind: Die Energie reicht 
vielleicht für eine Beschleunigung von 0 auf 30 (abzüglich 
Luftwiederstand vielleicht 0 auf 20), aber gerade noch von 40 auf 45. 
Die genauen Werte könnte man nur bei bekanntem CW-Wert berechnen.

von Roland .. (rowland)


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Martin Schwaikert schrieb:
> aber gerade noch von 40 auf 45.

Von 40km/h auf 50km/h sind es 3,4kJ, theoretisch  ;-).

von Fabian B. (methisto)


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wie sieht es mit der einfachen reihenschaltung von Akkus und 
Kondensatoren aus?

von Roland .. (rowland)


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Fabian Bischofberger schrieb:
> wie sieht es mit der einfachen reihenschaltung von Akkus und
> Kondensatoren aus?

Ganz gut, wenn man den Kondensator nicht rechtzeitig trennt, lädt er 
sich verkehrt rum auf. Mit etwas Glück kommts dann zum Raktenturbo.

von Fabian B. (methisto)


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hab ich mir schon gedacht, würde dieses Schema funktionieren:
Kondensatoren geladen, werden in Serie zu den Akkus geschalten
Überwachung der Spannung der Kondensatoren, unter 3V wird wieder 
getrennt per Schütz und die Akkus werden wieder in Reihe geschalten und 
warten auf die nächste Ladung?

von Fabian B. (methisto)


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außerdem mit Sperrdioden um eine falsche Ladung der Kondensatoren zu 
verhindern?

von Roland .. (rowland)


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Eine Diode paralell zum Kondensator schützt diesen, teilweise, ja. Die 
Diode muss den Laststrom schaffen, dann lädt sich der Kondensator aber 
dennoch auf ~ -1,2V (Durchlassspannung der Diode).

6kW bei 60V sind 100A. 100A Gleichstrom bei 60V schaltet man nicht mal 
eben so mit einem Schütz. Das muss schon ein spezielles Relais für 
Gleichstrom sein, das weder klein noch günstig ist. Mit 
Leistungshalbleiter ist man hier deutlich besser bedient, wenngleich das 
die Aufgabe nicht einfacher gestalltet. Auch das Trennen der Versorgung 
wärend der Fahrt (Kondensator wegschalten) ist nicht unbedingt das 
Mittel der Wahl.

Alles in allem dürfte mit 3F ein spürbarer Effekt vorhanden sein, die 
Umsetzung sehe ich jedoch nicht als leichte Aufgabe.

von Martin S. (sirnails)


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Quecksilberschalter von Ebay wäre noch eine Option. Damit hatte damals 
ein Schulkollege seine Railgun gezündet. Das waren weit über 1000A.

von AR (Gast)


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3F in Reihe 3x ergibt nicht evtl. nur noch 1F?
Ich mein: Reihenschaltung von Kondensatoren...

von Roland .. (rowland)


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Martin Schwaikert schrieb:
> Damit hatte damals
> ein Schulkollege seine Railgun gezündet.

Es geht ums Abschalten von Gleichspannung unter Last, nicht ums 
Einschalten, immer nur ums Abschalten! Auch steigt der Strom aufgrund 
der Spulen erst an, beim Einschalten.

von Fabian B. (methisto)


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Danke Rowland hast wohl recht dass Relais wegen der hohen DC-Ströme wohl 
flach fällt.
Wären hier klassische MOSFETs empfehlenswert oder doch lieber ein IGBT?
Habt ihr Empfehlungen eines solchen+ Gatetreiber?

von wutz (Gast)


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wenn ich das richtig verstehe wird hier nicht die Bremsenergie in 
elektrische Energie umgewandelt um damit die Kondensatoren zu laden?

Wozu dann Kondensatoren??

Nimm doch einfach 60V Batterien und steuer die Motoren mit einer PWM an. 
Dann kannst du dir aussuchen wie lange deine Motoren welche Leistung 
bekommen.

--> Da musst du dir halt die Leistungselektronik kaufen. Dürfte aber ev. 
günstiger sein als solche Kondensatoren?!

von Fabian B. (methisto)


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Doch natürlich wird die Bremsenergie benutzt!
Mein (vielleicht etwas naiver) Plan:
Wenn das Gaspedal ruht werden die Akkus weggeschalten um die 4 
Kondensatoren zu laden. Sind die Kondensatoren geladen werden sie 
parallel geschalten damit eine Spannung von theoretischen 12V anliegt. 
Bei drücken eines Tasters werden die Kondis in Reihe zu den Batterien 
geschaltenum eine Spannung von theoretischen 60V zu erreichen um den 
Motor kurzzeitig zu überlasten. Fällt die Spannung an den Kondensatoren 
auf unter 4V werden sie wieder in Serie geschalten und von den Akkus 
getrennt und warten auf die nächste Ladung während der Motor wieder 
durch die Akkus auf Nennspannung läuft!

von wutz (Gast)


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ah sorry, dann habe ich das falsch verstanden.

von Martin S. (sirnails)


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Parallelschaltung: C + C = 2*C
Reihenschaltung: (1/C + 1/C)^-1 = 1/2 * C

Wenn Du in Reihe schaltest, verlierst Du 75% der Kapazität. Das kann 
nicht der Sinn des Ganzen sein.

Wenn, dann lässt Du die Kondensatoren parallel geschaltet (Du willst ja 
eine hohe Kapazität haben) und treibst mit einem DC/DC Wandler die 
Fahrzeugenergie mit hohen Strom in die Kondensatoren. P = U * I.

Überlege Dir auch mal, wie sich bei Akkus und bei Kondensatoren der 
Innenwiderstand verhält.

: Bearbeitet durch User
von Roland .. (rowland)


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wutz schrieb:
> Nimm doch einfach 60V Batterien und steuer die Motoren mit einer PWM an.
> Dann kannst du dir aussuchen wie lange deine Motoren welche Leistung
> bekommen.

Genau das meinte ich auch schon, macht zudem noch Sinn, dass man 
aufgrund der zusätzlichen Energie länger fahren kann.

Die Bremmsenergie wird ja so auch bei einigermaßen venünftigen 
Motorreglern in die Akkus zurückgespeist. Insofern machen Kondensatoren 
jetzt nicht unbedingt mehr Sinn.

Ja, Schalten wenn mit MOSFETs, die Spannungen eignen sich optimal dazu. 
Allerding ist die Ansteuerung der MOSFETs nicht gerade trivial, da 
nirgenst ein festes Potential herscht. Zudem leiten MOSFETs rückwärts, 
was in dieser Anwendung auch störend ist. Das erhöht den 
Schaltungsaufwand gleich noch einmal.

von Martin S. (sirnails)


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Ich glaube, Dir ist außerdem noch nicht ganz klar geworden, warum es 
keinen Sinn hat, den Motor über Nennleistung zu betreiben.

1) Kondensatoren haben einen EXTREM niedrigen Innenwiderstand. Sie 
können ihre gespeicherte Energie schlagartig bereitstellen. 
Kollektormotoren haben einen sehr niedrigen Innenwiderstand weshalb sie 
im Anlaufmoment sehr viel Strom aufnehmen, der u.A. auch durch den 
Innenwiderstand der Akkus begrenzt wird. Kondensatoren können diesen 
Strom liefern und damit das Anlaufmoment sehr schnell überwinden.

2) Bei Motoren, die mit Frequenzumrichter angesteuert werden müssen 
(z.B. BLDC) funktioniert Spannung erhöhen nicht.

3) Der Luftwiderstand macht einen Strich durch Deine Rechnung:

x ist eine Konstante, die durch die Fahrzeuggeometrie bestimmt wird. 
Wenn x = 1 wäre, dann wären es bei 10m/s etwa 1000W, bei 20m/s wären es 
dann 8000W.

Mit anderen Worten: Nur um die Geschwindigkeit zu halten, wird bei 
66km/h die 8-fache Leistung als bei 33km/h benötigt.

Es wäre also totaler Blödsinn, seine wertvolle Energiemenge bei hohen 
Geschwindigkeiten zu verpulvern, anstatt sie bei niedrigen 
Geschwindigkeiten sinnvoll zu nutzen.

4) Elektromotoren kommen auch irgendwann in die magnetische Sättigung. 
Dann den Strom noch zu erhöhen, treibt nur die Verluste nach oben, aber 
bringt keinen Mehrwert mehr.

: Bearbeitet durch User
von wutz (Gast)


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> 2) Bei Motoren, die mit Frequenzumrichter angesteuert werden müssen
> (z.B. BLDC) funktioniert Spannung erhöhen nicht.

sicher? also bei meinen Modellbau BLCD Reglern hat das bislang immer 
funktioniert.

von Martin S. (sirnails)


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wutz schrieb:
>> 2) Bei Motoren, die mit Frequenzumrichter angesteuert werden
> müssen
>> (z.B. BLDC) funktioniert Spannung erhöhen nicht.
>
> sicher? also bei meinen Modellbau BLCD Reglern hat das bislang immer
> funktioniert.

Dann kommutieren die aber Sensorlos, oder?

von wutz (Gast)


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Martin Schwaikert schrieb:
> wutz schrieb:
>>> 2) Bei Motoren, die mit Frequenzumrichter angesteuert werden
>> müssen
>>> (z.B. BLDC) funktioniert Spannung erhöhen nicht.
>>
>> sicher? also bei meinen Modellbau BLCD Reglern hat das bislang immer
>> funktioniert.
>
> Dann kommutieren die aber Sensorlos, oder?

Ja. Warum ist das mit Sensoren anders?

von Martin S. (sirnails)


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wutz schrieb:
> Ja. Warum ist das mit Sensoren anders?

Nö, eigentlich nicht. Es kommt auf die Regelung an. Nur braucht man im 
Modellbau keine Geschwindigkeitsbegrenzung. Bei wirklich 
leistungsstarken Motoren würde man aber keinen Blindflug machen. und auf 
Drehzahl regeln. Im Modellbau braucht es das nicht. Entweder reicht die 
Leistung, oder der "Pilot" gibt halt noch ein bisschen mehr Schub.

von Roland .. (rowland)


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Es kommt drauf an, ob der Motorregler die Drehzahl und/oder das 
Drehmoment an einen Sollwert anpasst, also als echter Regler fungiert, 
oder nicht. Modellbaumotorregler machen das oft nicht, da wird einfach 
die PWM vorgegeben und mit dieser Aussteuerung kommutiert der Regler 
dann den Motor. Bei solchen ungeregelten Systemen führt eine höhere 
Versorgungsspannung dann zur einer Drehzahlerhöhung.

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