Ergebnisse des E-Mobilitäts-Projekts

Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Drehstrom- und Gleichstrommotoren
Inhalt
A. Mechanische Grundlagen ........................................................................................................................ 2
B) Magnetisches Feld (Überblick) ................................................................................................................. 5
C) AC - Motoren ......................................................................................................................................... 11
D) DC - Motoren ......................................................................................................................................... 12
E) Zusammenfassung: Rund um den Elektromotor .................................................................................... 13
Anhang 1: Elektromobilität und Kraftfahrzeugtechnik................................................................................. 14
Anhang 2: Geschichte – vom Frosch zum modernen Elektromotor ........................................................... 21
Elekromobilität
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Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
A. Mechanische Grundlagen
M
Netz
Antriebsmaschine
Kupplung
Arbeitsmaschine
grundsätzlicher Aufbau eines Antriebes
Motoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um.
Dabei wird dem Netz elektrische Leistung Pzu entnommen:
Gleichstrommotor
Wechselstrommotor
Pzu = U * I
Pzu = U * I * cos 
Drehstrommotor
Pzu = 3 * U * I * cos 
Die an der Welle auftretende mechanische Leistung Pab ergibt sich dann:
Pmech = Pab = η * Pzu
Von Bedeutung sind die mechanischen Größen : Drehzahl, Drehmoment und mechanische Leistung
1. Drehzahl: [n] in min -1 bzw s -1
Drehzahlmessung: n-proportionale Gleich- oder
Wechselspannung.
Hallsonde oder Lichtschranken
als Messgeber für digitale Messung.
2.Drehmoment: [M] in Nm
M = F *s
F1
s1
F2
s2
bei F1 * s1 = F2 * s2
Gleichgewicht/keine
Beschleunigungskräfte
F
Drehmoment am Läufer:
r
F = B *l * I* z
M=F*r
Elekromobilität
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ELEKTROMOBILITÄT
Um eine Maschine in Bewegung zu versetzen muss das antreibende Moment des Motors größer sein als das
Lastmoment (Gegenmoment; Widerstandsmoment) der Antriebsmaschine.
Anlauf:
M mot M Last
konstante Drehzahl:
M mot = M Last
M Beschleunigung = M mot - M Last
M mot M Last
Bremsen:
Die Messung des Drehmoments erfolgt mit Bremsen, Pendelmaschinen, Wirbelstrombremsen.
Magnetpulverbremsen.
3.Zusammenhang zwischen Drehzahl, Drehmoment und mechanischer Leistung
Pab = W / t
P ab = F * s / t
Geschwindigkeit
v=s/t
für Drehbewegung:
v = 2 * * r / T
v = 2 * * r *
f v = 2 * * r
* n
P ab = F * v
P ab = F * 2 * * r
* f
P ab = M * 2 * π
*
f =M*ω
P ab = M * 2 * π
*
n
P ab = n * M / 9549
n in min-1 ; M in Nm; P in kW
4.Motor und Lastkennlinie
Bei der Projektierung eines Antriebes muss darauf geachtet werden, dass die Drehzahl Drehmomentkennlinie des Motors und die der angetriebenen Arbeitsmaschine (Last) einen
stabilen Arbeitspunkt ergeben.
•
Stabiler Arbeitspunkt
Drehmoment
M
Kennlinie des Motors
Arbeitspunkt
Kennlinie der Last
Drehzahl n
Elekromobilität
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ELEKTROMOBILITÄT
Der Arbeitspunkt ist dann stabil, wenn bei steigender Drehzahl das Lastmoment MLast größer Ist, als
das Motormoment Mmot. und bei fallender Drehzahl das Motormoment größer ist als das Lastmoment.
steigende Drehzahl:
MLast
 Mmot 
MLast
-
Mmot = MBrems
fallende Drehzahl:
MLast
 Mmot 
MLast
-
Mmot = MBeschleunigung Drehzahl steigt
•
Drehzahl fällt
instabiler Arbeitpunkt
Drehmome
nt
M
Kennlinie des Motors
Arbeitspunkt
Kennlinie der Last
Drehzahl n
Elekromobilität
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ELEKTROMOBILITÄT
B) Magnetisches Feld (Überblick)
Magnetisches Feld:
Im magnetischen Feld wirken Anziehungs- und Abstoßungskräfte auf
Magnete und stromdurchflossene Leiter.
Ursache magnetischer Felder sind bewegte elektrische Ladungen. Wirbelfeld:
Die Feldlinien haben einen geschlossenen Verlauf.
Die Feldlinien verlaufen außerhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol
und innerhalb des Magneten vom Süd- zum Nordpol.
B
Definition der magnetische Feldstärke:
F

Q
v
F
I l
Ws
[B] 1
N
1
C N
A


m
m
s
1
1 1T 1Tesla
m A 1
Vs
 VAs
Am
m
m
2
2
Elektrische Geräte / Bauelemente bei denen Magnetfelder wirken: Schütze,
Relais, Motoren, Magnetfeldabhängiger Widerstand, Hallsonde
Zum Vergleich, das elektrische Feld
Elektrisches Feld:
Im elektrischen Feld wirken Anziehungs- und Abstoßungskräfte auf
elektrische Ladungen.
Ursache der elektrischen Kräfte sind elektrische Ladungen.
Quellenfeld: Die Feldlinien verlaufen von der positiven zur negativen
Ladung. elektrostatisches Feld, Strömungsfeld
Die Stärke des elektrischen Feldes wird durch die
E=
Definition der elektrische Feldstärke:
F
[E] = 1
Q
oder:
E=
U
l
[E] = 1
N
=1 N
AS
C
V
m
Elektrische Felder wirken überall wo Ladungen sind:
Kondensatoren – Anwendung in der Nachrichtentechnik und
Energietechnik, Kondensatormikrofon, elektrische Abstrahlungen bei allen
Leitungen und Geräten
Elekromobilität
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ELEKTROMOBILITÄT
Magnetisches Feld
Versuch zum magnetischen Feld und magnetischen Wirkungen von Hans Christian Oerstedt,
(dänischer Physiker 1777 – 1851)
Q,v ; I
Oerstedt:
Südpol
Kraftwirkung zwischen bewegten Ladungen und Magneten sind gleich.
Die Kräfte die zwischen bewegten Ladungen auftreten sind magnetische Kräfte.
Arbeitsaufträge:
Magnetische Felder von Dauermagneten
1.
Beschreiben Sie die Kraftwirkung zwischen Magneten.
2.
Wie kann man das Magnetfeld eines Stabmagneten darstellen?
3.
Was ist ein homogenes und was ist ein inhomogenes Feld?
4.
Wie kann man das Magnetfeld eines Hufeisenmagnetes darstellen?
5.
Wenn bewegte Ladungen die Ursachen von Magnetfelder sind, wie lassen sich dann die
Magnetfelder von Permanentmagneten (Dauermagneten) erklären? Wie ist das
Erdmagnetfeld zu erklären?
6.
Wie kann man ein Eisenstück magnetisieren und was geschieht dann in seinem Inneren?
7.
Wie kann man einen magnetisierten Stoff entmagnetisieren?
8.
Was versteht man unter weich- und hartmagnetischen Werstoffen?
9.
Was ist Remanenz?
10. Nennen Sie Anwendungen von Dauermagneten?
Magnetische Felder stromdurchflossener Leiter
1.
Welcher Art ist die Kraftwirkung zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern.
2.
Stellen Sie das magnetische Feld um einen stromdurchflossenen Leiter dar?
(Schraubenregel)
3.
Stellen Sie das magnetische Feld um zwei parallel verlaufende stromdurchflossene Leiter
dar?
4.
Skizzieren Sie magnetische Feld einer Zylinderspule. Wie kann man Nord uns Südpol bei
einer stromdurchflossenen Spule ermitteln?
5.
Zeichnen Sie das Feld einer stromdurchflossen Ringspule.
6.
Warum müssen Wicklungen, die große Ströme führen mechanisch genügend befestigt
werden.
7.
Wodurch wird die Stärke eines magnetischen Feldes, die magnetische Flussdichte
(Feldstärke), definiert? ( Formel und Einheitengleichung)
8.
Warum ist es sinnvoll die Stärke des magnetischen Feldes über die Kraft zu definieren?
9.
Wie hoch sind die Sicherheits- und Vorsorgegrenzwerte für die magnetische Flussdichte
(Feldstärke) nach DIN VDE und WHO bei Dauereinwirkung.
Elekromobilität
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ELEKTROMOBILITÄT
Darstellung des magnetischen Feldes
An jedem Punkt zwischen einem magnetischen Nord- und einem magnetischen Südpol wirkt auf einen
magnetischen Probedipol eine Kraft. Der Raum, indem auf einen Magneten eine Kraft wirkt, nennt
man magnetisches Feld. Ursache magnetischer Felder ist Bewegung von Ladungen. Während beim
elektrischen Feld ein Quellenfeld vorliegt sprechen wir bei einem magnetischen Feld von einem
Wirbelfeld Feld.
•
•
•
•
•
•
•
Das magnetische Feld wird mit Feldlinien dargestellt.
Die Feldlinien geben die Richtung der Kraftwirkung an.
Die magnetischen Feldlinien sind geschlossene Linien.
Die magnetischen Feldlinien treten am Nordpol aus und am Südpol ein.
Innerhalb des Magneten verlaufen die Feldlinien vom Südpol zum Nordpol.
Die Feldlinien treten senkrecht ein und senkrecht aus.
Je dichter die Feldlinien, desto stärker sind das magnetische Feld und umgekehrt.
• Bei einem stromdurchflossenen Leiter bilden die magnetischen Feldlinien - in einer Ebene
senkrecht zum Leiter - konzentrische Kreise
A) Das magnetische Feld eines Dauermagneten ist ein statisches Feld.
a) Stabmagnet
homogenes Feld
N
S
inhomogenes Feld
b) Hufeisenmagnet
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B) Das magnetische Feld um einen stromdurchflossenen Leiter ist ein stationäres
Feld.
a) gerader Leiter
Regel: Die magnetischen Feldlinien bilden konzentrische Kreise und zusammen mit der
Stromrichtung eine „Rechtsschraube“.
b) Leiterschleife
S
N
c) zylindrische Spule
N
S
S
N
Regel: Rechte Handregel - Legt man die rechte Hand so um eine Spule, dass die Finger in Stromrichtung
zeigen, dann weist der abgespreizte Daumen zum Nordpol.
d) Ringspule
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e) bifilare Wicklung
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Magnetische Größen
•
Kraftwirkung F magnetischer Felder auf Ströme (stromdurchflossene Leiter)
Wie im Versuch gesehen werden in einem Magnetfeld Kräfte auf stromdurchflossene Leiter
ausgeübt.
F
F
- schwaches
Magnetfeld
- geringe Stromstärke
- geringe Kraftwirkung
- schwaches Feld
- starkes Feld
- Starkes Feld
- große Stromstärke
- geringe Stromstärke
- große Stromstärke
- große Kraftwirkung
- große Kraftwirkung
- sehr große Kraftwirkung
Die Kraftwirkung wird umso größer, je länger die stromdurchflossene Leiterlänge im Magnetfeld
ist.
Die Kraftwirkung ist also abhängig von der Stromstärke I in A, von wirksamen Leiterlänge l in m im
Magnetfeld und von der Stärke des magnetischen Feldes die man als der magnetischen Flussdichte
B in T (Tesla) angibt. ( 1T = 1Vs/m2)
Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter (Lorentzkraft) berechnet man:
F B
I l
Einheitengleichung:
[F ] 1T 1A 1m 1
Nm
1
1N
m2
Vs
1VAs
A m 
m
m
Hat man mehrere Leiter z in dem Magnetfeld, dann vergrößert sich die Kraftwirkung.
F B I l z
•
Magnetische Flussdichte B (auch: magnetische Induktion, magnetische Feldstärke)
Die Magnetische Flussdichte, sie ist ein Maß für die Stärke eines Magnetfeldes, lässt sich nun umgekehrt
aus der magnetischen Kraft ableiten.
B=
F
I ⋅l
Elekromobilität
Einheitengleichung:
[B] 1
N
W
s
1VA
s
Am 1 1
m
m
A
A
m
m
1 1T (Tesla)
Vs
m
2
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Ein magnetisches Feld ist umso stärker, je größer die Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter,
je geringer die Stromstärke in diesem Leiter und je kürzer die Läge des Leiter in dem Feld.
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ELEKTROMOBILITÄT
Von welchen Größen ist nun die Stärke eines Magnetfeldes, die magnetische Flussdichte B
anhängig, wenn das Magnetfeld durch eine Spule erzeugt wird?
Dies sei abgeleitet an einer Ringspule. Das Magnetfeld verläuft hier nur im Innern der Spule.
B
mittlere Feldlinienlänge
Spulenkern
I
Die magnetische Flussdichte größer, je größer dei verursachende Stromstärke I und die Anzahl
der Windungen um der Spulenkern. Das Produkt I * N bezeichnet man als die elektische
Durchflutung 
B I
N
Elektrische Durchflutung
[] 1A
Θ= I⋅N
Die magnetische Flussdichte wird geringer, wenn die mittlere Feldlinienlänge größer wird. Aus
der Durchflutung und der mittleren Feldlinienlänge setzt sich die magnetische Erregung, auch
elektrische Feldstärke genannt, zusammen:
I
B 
N
l
Magnetische Erregung
(Magnetische
H=
A
[H ] 1
m
I⋅N
l
Gibt man nun in das Innere der Spule ein magnetisierbares Material (z.B. Eisen), dann wird das
Magnetfeld verstärkt. Die Flussdichte ist als auch abhängig, von den Materialeigenschaften des
Spulenkerns.
Den Faktor, der die Materialeigenschaften kennzeichnet, nennt man die Permeabilität . E setzt
sich zusammen aus der magnetischen Feldkonstanten 0 (gilt für Vakuum) und der relativen
Permeabiltät r, die angibt wie viel mal ein Material im Innern einer Spule durchlässiger ist im
Vergleich zum Vakuum ist.
Magnetische Flussdichte
B = µo ⋅ µr ⋅ H
[B] 1
= r *
0
Vs
1 1 Vs
Am A
1T
m2
m
o = 1,257 * 10-6 Vs / Am magnetische Feldkonstante
r = relative Permeabilität, wird einer Tabelle bzw. einem Diagramm entnommen
Eine weitere Größe im Magnetfeld ist der magnetische Fluss. Er stellt quasi Summe aller Feldlinie,
die eine Querschnittsfläche durchdringen dar. Dringt ein bestimmter magnetischer Fluss durch
einen keinen Querschnitt, so ergibt sich eine große Flussdichte B und umgekehrt.
Magnetischer Fluss
[] 1T 1m 2 1
Elektromobiltät
Vs
1m 2 1Vs
Φ = B ⋅ A 1W
b
eber
m
1W
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A1

A2
Fläche A
Elektromobiltät
B1

B2
1
=
2
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ELEKTROMOBILITÄT
C) AC - Motoren
Feldführung – Steuerung
fremdgeführte Motoren (Netz, Frequenz)
Asynchronmotoren
Synchronmotoren
einphasig
dreiphasig
einphasig
Dreiphasig
Wechselstrommotoren
Drehstrommotoren
Wechselstrommotoren
Drehstrommotoren
Anwurfmotor
Kondensatormotor
Widerstandshilfsstrang
Spaltpolmotor
Käfigläufer
Schleifringläufer
Drehfeld wirkt auf in den Läufer induzierten
Strom
Lorentzkraft
induktive Kopplung
Magnetläufer mit Gleichstromerregung
Magnetläufer mit Permanentmagnet
Reluktanzläufer
Hybridläufer (Magnet und Reluktanz)
Drehfeld wirkt auf Permanentmagnetfeld
oder elektromagnetisches erzeugtes
Gleichfeld im Läufer
bzw.
Reluktanzkraft
magnetische Kopplung
robust, kostengünstig,
Drehzahlen 3000 min-1 im 50Hz Netz
Drehzahleinstellung mittels Elektronik , teuer
Elektromobilität
selbstgeführte Motoren
Kommutatormotoren
einphasig
Ankererregung durch
Bestromung
Reihenschlussmotor
Kommuntatormotor
Wechselfeld wirkt auf über
den Kommutator in die
Läuferleiter geleiteten
Strom
Lorentzkraft galvanische
Kopplung
Ankererregung induktiv
Repulsionsmotor (Bürsten
auf Kommutator sind
zwischen Kurzschluss und
Leerlauf verstellbar)
Ständerwechselfeld wirkt
auf in den Läufer
induzierten Strom
Lorentzkraft
Induktive Kopplung
verschleissbehaftet, teuer
Drehzahlen 3000 min-1 möglich
Drehzahleinstellung durch Ankerstrom einfach
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Elektromobilität
ELEKTROMOBILITÄT
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Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
D) DC - Motoren
Feldführung – Steuerung
Selbstgeführte Motoren
mechanischer Kommutierung
elektronische Kommutierung
Motor mit Feldwicklung
Nebenschluss
motor
Reihenschlussmotor
Doppelschlussmotor
Fremderregung
Permanentmagnetmotor
verschleissbehaftet, teuer
einfache Drehzahlverstellung- und regelung möglich, kostengünstig
Motor mit Permanentmagnetläufer
Motor mit
Reluktanzläufer
Bürstenloser
Gleichstrommotor
Geschalteter
Reluktanzmotor
Schrittmotor (Permanentmagnetläufer,
Reluktanzläufer, Hybridläufer)
robust, kostengünstig
Drehzahlverstellung mittels Elektronik aufwändig
Drehzahlen 3000 min-1 möglich,
Elektromobilität
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ELEKTROMOBILITÄT
E) Zusammenfassung: Rund um den Elektromotor
Hersteller
Eingangsgrößen
Elektrische Größen
Typ
3 ~ Motor
Ausgangsgrößen
Mechanische Größen
Spannung U in Volt
Stromstärke I in A
DA 50
Nr. 28720
400 V
11 kW
S6
23
A
cos  0,82
1460 1/min
50 Hz
Drehmoment M in Nm
Drehzahl n in min-1
Isol.Kl. E
IP 23
140
kg
DIN VDE 0530 T1 , 12.84
aufgenommene Leistung
Verlustleistung
abgegebene Leistung
Gleichstrom
Pzu U I
Verlustleitung
(Reibungsverluste,
Kupferverluste,
Eisenverluste)
[ Pzu ] = 1W
mechanische Leistung wird an
der Welle abgegeben
Einphasen -Wechselstrom
U
Pzu
I
Pv Pzu Pab
cos[ Pzu ] = 1W Q
U
I
oder
sin
Wirkungsgrad

[ Q ] = 1var S
Dreiphasenwechselstrom
3
Pzu
U
I
cos[ Pzu ] = 1W Q
3
U
I
sin
Pab M 
Pab M 2 n [ Pab
] = 1W
P
 ab
Pzu
P
  ab 100%
%
Pzu
S Scheinleistung
[ Q ] = 1var S 3
Q Blindleistung
Pzu Wirkleistung
M
3∼
Pab Wirkleistung
PV
Elektromobilität
Seite 13
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Anhang 1: Elektromobilität und Kraftfahrzeugtechnik
Eine der in den letzten Jahren meist diskutierten Fragen in der Kraftfahrzeugtechnik lautet:
Welcher Antrieb ist der Antrieb der Zukunft?
Meinungen, Interessenlager, sogar nationale Trends zeigen eine Divergenz, die kaum zu übertreffen
ist: Eine oft vertretene Richtung ist, dass der klassische, bewährte Kolbenmotor in der jetzigen Form
noch mindestens 30–40 Jahre als Antrieb für Automobile bestehen wird. Diese Sichtweise beruht auf
der Annahme, dass Erdöl so gut wie unerschöpflich sei. Andere setzen voll auf Wasserstoff als
absolute Lösung für die Zukunft – obwohl derzeit Wasserstoff fast ausschließlich aus einem
fossilen Energieträger hergestellt wird – aber auch dort sind die Richtungen geteilt: Wasserstoff im
Verbrennungsmotor oder in der Brennstoffzelle? Wieder Andere sehen Alkohole und Pflanzenöle als
die bessere Alternative. In den USA und in Japan gewinnen Hybridantriebe, gebildet von Elektro- und
Ottomotor, eindeutig an Popularität, was die wachsende Modellpalette und die Verkaufszahlen
belegen; in Europa und insbesondere in Deutschland gewinnen Hybrid- und Elektroantriebe nur langsam
Marktanteile, da lange Zeit auf die Weiterentwicklung des Dieselmotors gesetzt wurde, der wiederum in
den USA und in Japan keine Akzeptanz findet.
Trotz der Meinungsvielfalt über den Fahrzeugantrieb der Zukunft sind sich die Beteiligten in einer
Hinsicht ei-nig, den Kenngrößen des zukünftigen Antriebs: Große Leistung, hohes Drehmoment,
geringer Verbrauch, ex-trem stark verringerte Schadstoffe, geringe Masse und Abmessungen, geringe
Kosten. Die folgenden, im Rah-men des Erasmus Partnerschaftsprojektes
„Elektromobilität“ erstellten, Unterrichtsmaterialien behandeln technische Aspekte und die mögliche
zukünftige Bedeutung der elektrischen Antriebe in der Fahrzeugtechnik.
Das der Elektroantrieb in der Fahrzeugtechnik an Bedeutung gewinnen wird, belegen nicht zuletzt
Aussagen von Automobilherstellern auf der 1. Internationalen Konferenz „Alternative Antriebe für
Automobile“, die im Jahr 2007 in Berlin stattfand:
•
•
•
•
Voll-Hybrid ist vorteilhaft für Stadtfahrten, ... (Toyota).
Wir bauen Hybridantriebe nur für den USA Markt, Diesel ist in den USA nicht realistisch, in
Europa jedoch vorteilhaft (Ford).
Two Mode Hybrid, entwickelt in Kooperation von General Motors, Daimler und BMW wird nur in den
USA angeboten; in Europa ist Diesel eben vorteilhafter; Diesel ist empfehlenswert für Indien, aber
nicht für China und USA (General Motors).
Mikro- und Mild-Hybride werden den Markt erobern, wobei es eine klare Preisdifferenzierung geben
wird: Mirco-Hybride mit 5 – 6 kW für
300,- € – 800,- €
Mild-Hybirde mit 10 – 20 kW für 1000,- € – 2000,- €
Voll-Hybride werden wegen ihres hohen Preises 4000,- € – 8000,- € nur für Nischenanwendungen
in
Frage kommen. (AUDI, BMW, Daimler, Ford, General Motors).
Elektroantriebe in der Fahrzeugtechnik
1. Antriebskonzepte mit Elektromotoren (Hybridsysteme)
Ein Hybridfahrzeug ist nach UNO-Definition ein Fahrzeug, in dem mindestens zwei Energieumwandler
und zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme vorhanden sind, um das Fahrzeug
anzutreiben.
In einem Hybridelektrokraftfahrzeug sind ein Elektromotor und meistens ein Otto- oder Dieselmotor die
beiden Energiewandler; ein Akkumulator und ein Kraftstofftank oder Gastank sind die beiden
Energiespeicher.
Hybridfahrzeuge werden nach der Leistung in verschiedene Untertypen aufgeteilt:
Elektromobilität
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Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
1.1 Micro-Hybrid
Ein solches System hat eigentlich nichts mit Hybrid-Systemen zu tun.
Beispiel: Die Firma Smart nutzt für seine Start-Stopp-Automatik den Begriff „Micro-Hybrid“-Drive (MHD). Hier
ist der Riemen getriebene Generator gleichzeitig Starter.
1.2 Mild-Hybrid
Der Elektromotor dient zur Unterstützung des Verbrennungsmotors. Ein Notbetrieb ist eingeschränkt möglich.
Beispiel: Honda Civic Hybrid, Mercedes S400 Hybrid, 7er BMW Hybrid
1.3 Full- oder Strong-Hybrid
Ein Fahren durch den Elektroantrieb ist nur bei den Voll- oder Strong-Hybridfahrzeugen möglich. Bei diesem
System können sowohl der Elektromotor- als auch der Verbrennungsmotor oder beiode gemeinsam zum
Fahren genutzt werden.
Beispiel: Toyota Prius, Mercedes M-Klasse Hybrid, BMW X6 Active Hybrid
Tabelle 1
2. Elektromotoren
Elektromotoren haben als Antriebe für Automobile bemerkenswerte Vorteile:
–
–
Die Drehmomentcharakteristik ist nahezu ideal, bereits ab der Drehzahl Null kann annähernd
das maximale Drehmoment erreicht werden. Die Beschleunigung des Fahrzeugs vom
Stillstand übertrifft dadurch Werte, die mittels moderner Dieselmotoren, Ottomotoren mit
mechanischem Lader oder generell Kolbenmotoren mit höherer Leistung erreichbar sind.
Getriebe und dadurch auch Kupplung sind bei der vorhandenen Drehmomentcharakteristik
nicht erforderlich. Der Elektromotor ersetzt mittels eigener Charakteristik ein aufwendiges
Automatikgetriebe, welches bei Kolbenmotoren für die gleiche Funktion eingesetzt werden
muss.
Elektromobilität
Seite 15
Partnerschaftsprojekt
–
ELEKTROMOBILITÄT
Radantriebe mit integriertem Elektromotor erlauben eine wahlweise Zu- und Abschaltung nach
vielfältigen Kriterien: Vier- oder Zweiradantrieb (Vorderachse oder Hinterachse), Einschaltung
paarweise in Abhängigkeit von Lastanforderung, elektronisch steuerbare Stabilisierung der
Fahrdynamik, ähnlich einem ESP System in effizienterer Form; Radantriebe lassen darüber
hinaus mehr Raum für die Gestaltung der anderen Funktionsmodule in der Karosserie zu.
Die Anforderungen an Elektromotoren als Antriebe entsprechen jener von Wärmekraftmaschinen: Hohe
volu-men- und massenbezogene Leistung, hoher Wirkungsgrad, geringer technischer Aufwand bzw.
niedrige Herstel-lungskosten.
Alle Arten von Elektromotoren funktionieren auf Basis elektrisch generierter elektromagnetischer Felder,
die infolge einer Induktion magnetische Kräfte hervorrufen. Ein magnetisches Feld kann dabei in der
gleichen Lage bleiben (bei Gleichstrommotoren) oder sich drehen (bei Drehstrommotoren).
In Abhängigkeit der erreichbaren Leistung und Drehzahl einerseits und des Wirkungsgrades
andererseits wurden bei den bisher entwickelten und in Serie eingesetzten Elektromotoren für
automobile Antriebe unter-schiedliche Varianten eingesetzt. Die Beispiele in der folgenden Tabelle sind
repräsentativ.
Tabelle 2
Elektromobilität
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Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Bild
1:
Arten von Elektromotoren für Automobil-Antriebe
Elektromobilität
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Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
2.1 Gleichstrommotoren
Bild 2:
Gleichstrommotoren
Im Bild 2.1 sind die Arten der Gleichstrommotoren und ihre Anwendungsbereiche im Fahrzeug
dargestellt. Die Schaltung des Ankerleiters zur Anpassung der Stromrichtung an die Feldrichtung erfolgt
bei Gleichstrommoto-ren mittels Kollektoren. Die Kollektoren haben einen mechanischen Kontakt mit
dem Ankerleiter über Bürsten. Der Verschleiß der Bürsten ist bei dem gegenwärtigen Stand der
Technik kein Nachteil mehr, er entspricht der gesamten Lebensdauer des Motors. Dieses
Funktionsprinzip der Kollektoren begrenzt allerdings die Drehzahl der Gleichstrommotoren auf etwa
7000 min-1. Der Stator eines Gleichstrommotors ist durch das Polsystem – bestehend aus Erreger- und
Wendepolen – aufwendig und trägt zum relativ großen Volumen und Gewicht des Motors
wesentlich bei.
Permanent erregte Drehfeldmotoren haben Vielphasenwicklungen im Stator und werden mittels
elektronische Schalter an das speisende Netz geschaltet – daher werden sie auch als elektronische
kommutierte bzw. bürsten-lose Gleichstrommotoren bezeichnet. Der Vorteil der fehlenden
Erregerwicklung wird allerdings von den relativ
hohen Kosten des hochpermeablen Dauermagnetwerkstoffs zum Teil relativiert.
2.2 Drehstrommotoren
Im Bild 3 ist die Funktion von Drehstrommotoren und Funktionsmerkmale des Synchron- und
Asynchronmo-tors schematisch dargestellt. Drehstromasynchronmotoren sind relativ unaufwendig und
dadurch sehr preisgüns-tig herstellbar. Ihre Läuferbauart erlaubt, als wesentlicher Vorteil gegenüber
Gleichstrommotoren, viel höhere Drehzahlen – wie in der Tabelle 2 aufgeführt, bis etwa 14.000 min-1.
Synchronmotoren sind wegen der notwen- digen elektrischen Erregung aufwendiger als
Asynchronmotoren aufgebaut, haben allerdings durch die synchro-ne Phase von Strom und Spannung
einen höheren Wirkungsgrad. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen kann die-ser Vorteil in effektiver
Weise genützt werden.
Elektromobilität
Seite 18
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Bild 3: Übersicht Drehstrommotoren
Elektromobilität
Seite 19
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
2.3 Reluktanzmotor
Ein Motor mit diskontinuierlichen Magnetfeld ist der Reluktanzmotor; seine Wirkungsweise ist im Bild 4
schematisch dargestellt. Der wesentliche Vorteil dieses Motors ist der funktionsbedingte hohe Wirkungsgrad über
breite Funktionsbereiche.
Bild 4: Reluktanzmotor
Elktromobilität
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Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Anhang 2: Geschichte – vom Frosch zum modernen Elektromotor
Elktromobilität
Seite 21
Elktromobilität
Erasmus+
ELEKTROMOBILITÄT
Partnerschaftsprojekt
Alessandro Volta 1745 -1825
1800 gelingt Volta durch Übereinanderschichtung von Kupferplatten, säure
durchtränkten Textilien und Zinkplatten
die Konstruktion der Voltaschen Säule,
eine Reihenschaltung galvanischer
Elemente.
Mit der Batterie stand nun eine dauer­
hafte, verlässliche Spannungsquelle zur
Verfügung, die Voraussetzung zur
Anwendung der Elektrizität und zur
weiteren Untersuchung der
Eigenschaften des elektrischen Stromes.
-nrib
JA
.
'
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Christian Oersted 1777 -1851
1820 beobachtet er, während einer Vorlesung, die Ablenkung einen Magnetnadel
an einem stromdurchflossenen Leiter. Er
spricht von einem „Konflikt" zwischen
Magnetnadel und stromdurchflossenem
Leiter.
„
@i_
Es war die Entdeckung die magnetischen
Wirkung des elektrischen Stromes.
Jean-Marie Ampere 1775 - 1836
Angeregt durch die Entdeckung von
Oerstedt, erkennt Ampere in einem Versuch, dass bei parallel verlaufenden,
stromdurchflossenen Leitern, Kräfte
wirken,je nach Stromrichtung, anziehende
oder abstoßende.
Er erkannte in der fliessenden Elektrizität,
in bewegte Ladungen, die Ursachen des
Magnetismus.
Seite 22
Elktromobilität
Erasmus+
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Faraday Michael 1791 -1841
1821 erstellt er einen Versuchaufbau,
bei dem ein stromdurchflossener
Leiter um einen Magneten kreist. Er
bezeichnet dies als
„elektromagnetische Rotation".
ImVersuch der "elektromagnetischen
Rotation" steckte das Prinzip eines
Elektromotors.
Peter Barlow 1776 -1862
1821 baut er das Barlow-Rad. Dabei
taucht ein sterrifbrmiges Rad aus leitfähigem Material in eine leitende
Flüs- sigkeit ein. Die Spitzen des
stromdurch- flossenen Rades werden
gleichzeitig vom dem Feld eines
Dauermagneten durch- flutet. Es
entsteht ein Drehmoment und das
Rad dreht sich.
Barlow entwickelte damit den ersten
unipolaren Motor.
William Sturgeon 1791-1841
1825 stellt er den ersten Elektromagneten
vor.
Der Elektromagnet ermöglichte, unte r An­
wendu ng des elektrischen Stromes, die
Herstellung starker Erregermagnetfelder.
Seite 23
•
Erasmus+
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
lstvan Anyos Jedliik1791 -1841
1827 (1829) entwickelt er einen Rotationsapparat mit Elektromagnet und Stromwender.
Dieser Rotationsapparat war ein
Gleichstrommotor, die Urform des
Elektromotors.
Moritz Herman Jakobi 1801- 1847
1824 entwickelt er den ersten
Elektromotor.
Der Motor hob ein Gewicht von 12 Pfund
mit einer Geschwindigkeit von 1Fuss pro
Sekunde. Die entspricht einer Leistung
von 15 W. Es war der erste
gebrauchsfähige Motor.
Michael Faraday 1801-1847
Joseph Henry 1796 - 1850
1831, unabhängig von einander stellen
Faraday und Henry fest, dass ein sich
änderndes Magnetfeld eine Spannung
erzeugt.
Die Entdeckung des Induktionsgesetz
(U= d <tJ /dt) war die Voraussetzung für
die Entwicklung des Stromgenerators.
Elektromobilität
Seite 24
Elektromobilität
Erasmus+
ELEKTROMOBILITÄT
Partnerschaftsprojekt
Hippolyte PixH 1808 -1835
1832 baut Pixii, ausgehend von den Entdeckungen Farardays, den ersten Wechselstromgenerator. Do aber zu dieser Zeit
Gleichstrom für galvanische Experimente
benötigt wird, ergänzt er die Apparat ur
um einen Kommutator und erhält eine
pulsierende Spannung.
Verwendet man getrennte Schleifringe,
dann kann an diesen Wechselspannung
abgegriffen werden.
Gleichstrom kann entnommen werden,
wenn ein Stromwender, Kommutator,
vorhanden ist wird.
Werner von Siemens 1816 -1892
1856 eifindet er den ersten selbsterregten
Generator. Siemens Anker verwendet
einen Doppel-T-Anker, in dem die
Windungen eingebettet sind.
Diese Bauform stellte, für die
Konstruktion aller zukünftigen
elektrischen Maschinen, sowohl Motoren
und Generatoren, einen Wendepunkt dar.
Bis heute,werden bei allen Motoren die
Wicklungen in Nuten gelegt.
Der Generator sorgte für eine kontinuier­
liche Bereitstellung elektrischer Energie.
Friedrich von Hefner-Alteneck 1816 -1892
Ein Mitarbeiter Siemens entwickelt die
Dynamomaschine mit Trommelanker.
Mit dem Trommelanker, der Blechung des
Ankerkerns (Pellerin) gegen Wirbelstrom­
verluste und der Verwendung eines
Kommutator (Ritchie) waren bei der
Siemens-Dynamomaschine die auch für
heutige Gleichstrommaschi ne bestimmen­
den Prinzipien gelegt.
3ts.
„.
fllnlnt... „Uf•illllntli* <Jl11i lll•1Ut4M1t
Seite 25
Elektromobilität
Erasmus+
ELEKTROMOBILITÄT
Partnerschaftsprojekt
Nicola Tesla 1816 -1892
1887 beantragt Tesla ein Patent für ein
Zweiphasensystem, bestehend aus einem
Generator, 4 Leitungen und einem Mehrphasenmotor.
J
Die zwei,um 90° räumlich versetzten
Phasenwicklungen des Motors erzeugen
zusammen mit zwei zeitlich phasenver­
schobenen Strömen ein Drehfeld, dass
den Permanentmagnetlä ufer dreht. Es ist
der erste Synchronmotor.
n
HI
ELD.:l
K'.J:J
\:Uj
JY
f:O:l
U:J
K.), J
Galileo Ferraris 1846 -1897
1885 , etwa zeitgleich und unabhängig
von Tesla, baut Ferraris einen
Zweiphasenmotor mit einem
Metallzylinder {Scheibe) als Läufer.
Der erste Induktionsmotor, Vorbild für
den noch heute- gebräuchl ichen lnduk­
tionszä hier (Ferrariszähler), war entstan­
den.
Ferraris verfolgt die Entwicklung dieses
Motor nicht weiter, da er von einem
möglichen Wirkungsgrad von nur 50%
ausgeht.
Seite 26
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Aufgaben für den Unterricht
zum Thema Elektromotoren
Kompetenzkriterien:
Nachfolgende Aufgaben beziehen sich überwiegend auf das
Kompetenzkriterium FUNKTIONALITÄT.
Ab Seite 12 sind Aufgaben zu den weiteren Kriterien beruflicher Kompetenz
formuliert.
Elektromobilität
Seite 26
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Gleichstrommotor 1: Aufzug
Ein Gleichstrommotor soll über ein Getriebe einen Aufzug antreiben. Der Aufzugskorb hat eine Masse m =
400kg. Maximal 8 Personen mit je 75kg Masse dürfen den Aufzug gleichzeitig benutzen. Die konstante
Geschwindigkeit des Aufzuges ist v = 2m/s.
[g = 9,81 m/s2]
ηMot = 0,75
2
U = 400V_
M
ηGetr = 0,8
d = 0,5m
Getriebe
F
FG
F) Berechnen Sie die Kraft F, die notwendig ist, den Aufzug mit konstanter Geschwindigkeit zu
bewegen.
G) Wie groß ist das Drehmoment an der Seilscheibe mit dem Durchmesser d= 0,5m?
H) Wie groß ist die Leistung, die am Getriebe bereitgestellt werden muss, damit der Aufzug mit
konstanter Geschwindigkeit v =2m/s fährt?
I)
Wie groß ist die Drehzahl der Seilscheibe?
J) Welche Leistungsabgabe hat der Motor?
K) Wie groß sind die aufgenommene Leistung, die Verlustleistung und der aufgenommene Strom
des Motors?
L) Welcher Querschnitt ist zu verlegen, wenn NYM auf Putz für die Anschlussleitung verwendet wird?
M) Wie groß ist die vorzuschaltende
Sicherung
zu wählen,
Motoranlaufstromes zwei Stufen höher gewählt werden kann?
wenn
sie
wegen
des
N) Wie groß ist der Spannungsfall auf der 20 m langen Zuleitung?
O) Wie groß sind Leistungsabgabe, Leistungsaufnahme und
Stromaufnahme des Motors,
wenn zum Fahrkorb ein gleichgroßes Gegengewicht verwendet wird?
Elektromobilität
Seite 27
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Gleichstrommotor 2: E-Scooter (SOLO 720)
Ein Gleichstrommotor soll einen E-Scooter antreiben. Der E-Scooter hat eine Masse m = 67kg.
Maximal können 2 Personen mit je 75kg Masse gleichzeitig befördert werden. Die konstante
Maximalgeschwindigkeit des E-Scooters beträgt v = 24 km/h am Reifen. Die mittlere Beschleunigung
des E-Scooters beträgt a = 2,35 m/s2
ηMot = 0,75
2
U = 24V_
M
•
Berechnen Sie die Kraft F, die notwendig ist, um den E-Scooter mit konstanter
Maximalgeschwindigkeit zu bewegen (Rollwiderstandskoeffizient µR = 0,06).
•
Wie groß ist das Drehmoment am Reifen, wenn der Abrollumfang U = 1,31 m beträgt.
•
Wie groß ist die mechanische Leistung, die bereitgestellt werden muss, damit der E-Scooter mit
konstanter Geschwindigkeit v =24 km/h fährt?
•
Wie groß ist die Drehzahl des Reifens?
•
Wie groß sind die aufgenommene Leistung, die Verlustleistung und der aufgenommene Strom
des Motors?
Lösung
10. Berechnen Sie die Kraft F, die notwendig ist, den Aufzug mit konstanter Geschwindigkeit zu
bewegen.
F = µR FG = µR m * g = 0,06 (67 + 150) kg * 9,81 m/s2 = 127,7 N
11. Wie groß ist das Drehmoment am Reifen, wenn der Abrollumfang U = 1,31 m beträgt.
M = F * rReifen = 127,7 N * 0,208 m = 26,57 Nm
12. Wie groß ist die mechanische Leistung, die bereitgestellt werden muss, damit der E-Scooter mit
konstanter Geschwindigkeit v =24 km/h fährt?
Pab = F * s / t = F * v = 127,7 N * 6,67 m/s = 851,7 W
13. Wie groß ist die Drehzahl des Reifens?
v = dReifen * * n n = v/(dReifen * ) = 6,67m/s / (*0,416m)=5,1061/s=5,1061/s * 60s/min=306,4min-1
14. Wie groß sind die aufgenommene Leistung, die Verlustleistung und der aufgenommene Strom
des Motors?
Pzu Motor = Pab Motor / Motor = 851,7 W / 0,75 1136 W
PV Motor = Pzu Motor – Pab Motor = 1136 W – 852 W = 284 W
I = Pzu
Motor /
U = 1136 W / 24 V = 47,3 A
Drehstrommotor
Ein Drehstrommotor soll über ein Getriebe einen Aufzug antreiben. Der Aufzugskorb hat eine Masse m =
Elektromobilität
Seite 28
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
400kg. Maximal 8 Personen mit je 75kg Masse dürfen den Aufzug gleichzeitig benutzen. Die konstante
Geschwindigkeit des Aufzuges ist v = 2m/s.
[g = 9,81 m/s2]
ηMot = 0,75
4
U= 3∼230/400V
ηGetr = 0,8
M
3
d = 0,5m
Getriebe
cos ϕ = 0,75
F
FG
•
Berechnen Sie die Kraft F, die notwendig ist, den Aufzug mit konstanter Geschwindigkeit zu
bewegen.
•
Wie groß ist das Drehmoment an der Seilscheibe mit dem Durchmesser d= 0,5m?
•
Wie groß ist die Leistung, die am Getriebe bereitgestellt werden muss, damit der Aufzug mit
konstanter Geschwindigkeit v =2m/s fährt?
•
Wie groß ist die Drehzahl der Seilscheibe?
•
Welche Leistungsabgabe hat der Motor?
•
Wie groß sind die aufgenommene Leistung, die Verlustleistung und der aufgenommene Strom?
•
Welcher Querschnitt ist zu verlegen, wenn NYM auf Putz für die Anschlussleitung verwendet wird?
•
Wie groß ist die vorzuschaltende
Sicherung
zu wählen,
Motoranlaufstromes zwei Stufen höher gewählt werden kann?
•
Wie groß ist der Spannungsfall auf der 20 m langen Zuleitung?
•
Wie groß sind Leistungsabgabe, Leistungsaufnahme und
Stromaufnahme des Motors,
wenn zum Fahrkorb ein gleichgroßes Gegengewicht verwendet wird?
wenn
sie
wegen
Bei der Auswahl von Antrieben sind folgende Gesichtspunkte zu beachten.
Elektromobilität
Seite 29
des
Partnerschaftsprojekt
B)
C)
D)
E)
ELEKTROMOBILITÄT
Welche Anlassverfahren für Drehstrommotoren kennen Sie?
Wie berechnet man die zugeführte Leistung und die abgegebene Leistung?
Wie kann man aus der Leistung das Drehmoment bestimmen?
Welche Betriebsarten gibt es für elektrische Maschinen?
Drehmoment-Drehzahlkennlinien von Arbeitsmaschinen
Drehmoment-Drehzahlkennlinie eines Motors und einer Arbeitsmaschine
e)
f)
g)
h)
Zu welchem Motor gehört die o.a. Drehmomentkennlinie?
Kennzeichen Sie Anlaufmoment, Kippmoment, Sattelmoment, Anlaufmoment.
Markieren Sie den Bereich, wo die Arbeitsmaschine beschleunigt wird.
Kennzeichnen Sie die Arbeitspunkte bei Bemessungslast und bei verminderter Last.
Elektromobilität
Seite 30
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Anpassung eines Motors an eine Arbeitsmaschine
Beurteilen Sie das Anlaufverhalten des Motors für die beiden Betriebsfälle. Welche Maßnahmen
würden Sie gegebenenfalls ergreifen?
Leistungsschild eines Motors
-
Berechnen Sie Wirkungsgrad, Scheinleistung und die Größe der Kompensationskondensatoren, wenn
der Motor auf cos = 0,97 kompensiert wird.
Wie viele Pole (Polpaare) hat der Motor?
Wie groß ist die Schlupffrequenz?
Berechnen Sie das Nenndrehmoment.
Was bedeuten S1 – IP55 – Isolierklasse F,
Wie erkennt man, dass ein Motor im Rechtslauf ist? Wie ändern Sie die Drehrichtung?
Schutzklassen
Geben Sie die Bedeutung der Schutzklassen an.
Elektromobilität
Seite 31
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Fragen
F)
Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktionsweise eines Drehstromasynchronmotors.
G) Skizzieren Sie die Hochlaufkennlinien folgender Motoren
•
•
•
•
ASM Rundstabläufer
Stromverdrängungsläufer
Widerstandsläufer
Welche Vorteile bietet ein Stromverdrängungsläufermotor gegenüber einem
Rundstabläufermotor?
H) Bild 1 zeigt die Hochlaufkennlinien zweier ASM und einer Arbeitsmaschine.
•
•
Welcher der beiden Motoren ist für den Antrieb nicht geeignet.
Begründen Sie die Antwort.
Bild 1
I)
Bild 2 zeigt das Leistungsschild eines ASM.
•
•
•
Wie muss der Motor an das Netz 3220/380V angeschlossen werden.
Wieviel Pole hat die Maschine? Wie groß ist der Schlupf.
Erläutern Sie die Angabe S2.
Bild 2
J)
Ein Drehstrommotor hat die Nenndrehzahl 982 min-1.
•
•
•
Elektromobilität
Wie ändern sich Schlupf, Strom I, cos , Pab und , wenn die Belastung
des Motors steigt.
Wie groß ist der Schlupf, wenn der Motor zum Stillstand abgebremst wird.
Wie ändern sich Läuferstrom und -spannung und -frequenz mit steigender
Drehzahl?
Seite 32
Partnerschaftsprojekt
K) Bild 3
•
•
•
ELEKTROMOBILITÄT
und Bild 4 zeigen die Anlaufkennlinien eines ASM für Moment und Strom.
Um welchen Motor handelt es sich?
Ordnen Sie die Kennlinien in Bild 3 und 4 nach der Größe der Anlasswiderstände.
Skizzieren Sie den Anlassvorgang in beide Kennlinienfelder.
M
1
2
3
4
4,0
Nm
3,0
2,0
MN
1,0
n
0
0
200
400
1000 min-1
800
600
n
K
n
N
Bild 3

Für beide Diagramme wurden folgende
Anlaßwiderstände angenommen:
4,0
A
4
3,0
3
Kennlinie 1 : R A = 5 · R 2
Kennlinie 2 : R A = 3 · R 2
Kennlinie 3 : R A = 1 · R 2
Kennlinie 4 :
Elektromobilität
RA = 0
Seite 33
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
2
2,0
1
N
n
0
0
200
400
600
1000 min-1
800
nN
Bild 4
L)
Warum muss man Motoren mit einer Nennleistung von ca. 4,5 kW – 11kW mit
Stern- Dreick-Anlassschaltung anlaufen lassen. Welche Nachteile hat dies?
M) Nennen und erläutern Sie die Möglichkeiten die Drehzahl eines einer ASM zu steuern.
Elektromobilität
Seite: 34
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Ein Drehstromasynchronmotor (ASM) mit der Aufschrift 380V 50Hz treibt eine Arbeitsmaschine
an.
M
Arbeitsmaschine
Der ASM hat die auf Blatt 2 mit M gekennzeichnete Drehmoment-Drehzahlkennlinie. Gegeben ist auch
die Strom – Drehzahlkennlinie (mit I gekennzeichnet)
Die angetriebene Arbeitsmaschine hat die mit M L gekennzeichnete Kennlinie.
• Wie groß sind Anlaufmoment (MA), Sattelmoment (MS) und Kippmoment (MK) des
ASM. Kennzeichnen Sie die Punkte in der Kennlinie.
• Wie groß ist das Beschleunigungsmoment, daß im Anlaufaugenblick wirksam ist?
• Wie groß sind Drehmoment, Drehzahl, Schlupf und Strom im Betriebspunkt
(Arbeitspunkt). Kennzeichnen Sie den Betriebspunkt.
• Berechnen Sie die im Arbeitspunkt abgegebene Leistung (mech. Leistung)
• Wie groß ist die im Arbeitspunkt aufgenommene Leistung (elektrische Leistung),
wenn der Leistungsfaktor cos= 0,7 beträgt?
• Wie groß ist der Wirkungsgrad?
• Welche Drehfelddrehzahl und welche Polpaarzahl hat der Motor?
• Wie muß das Klemmbrett des Motors beschaltet für Rechtslauf und für Linkslauf
werden. Geben Sie die Klemmenbezeichnung und die zu legenden Anschlüsse und
Brücken an.
Rechtslauf
Linkslauf
• Welche zwei Arten von Drehstromasynchronmotoren unterscheidet man.
Erläutern Sie warum bei diesen Motoren Läufer und Ständerdrehfeld asynchron laufen.
• Welchen wesentlichen Vorteil haben Induktionsmotoren gegenüber anderen Motoren?
Elektromobilität
Seite: 35
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Aufgaben zu folgenden Kompetenzkriterien:
Bearbeiten Sie folgende Aufgaben in Gruppen zu 3 Auszubildenden und bereiten Sie für
Ihre Lösungsvorschläge eine Powerpoint-Präsentation vor. Nutzen Sie folgende
Informationsmöglichkeiten:
2.4 Unterrichtsmitschrift / -unterlagen
2.5 Internet
2.6 Lehrer
2.7 Ausbilder im Betrieb
2.8 Möglichkeiten für Fachgespräche mit Fachleuten im Ausbildungsbetrieb
2.9 Zeitschriften und Kataloge
2.10 Betriebserkundungen
2.11 Fachliteratur
- …
Anschaulichkeit / Präsentation
•
Zählen Sie bitte alle Fahrzeuge auf, die Sie mit Elektromobilität verbinden.
•
Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktionsweise folgender Motoren:
• Drehstromasynchronmotor als Käfig- und Schleifringläufer
• Drehstromsynchronmotor als Gleichstromerregung,
Permanenterregung, Reluktanzläufer, Hybridläufer
• Gleichstrommotor mit Feldwicklung als Nebenschluss-,
Reihenschluss-, Doppelschlussmotor, Fremderregung,
Permanetmagnetmotor
• Gleichstrommotor mit Reluktanzmotor
•
Welche der Motoren aus 2) eigenen sich für den Betrieb in Elektromobilen?
Nennen Sie pro Elektromobil einen Motor und den Hersteller des Elektromobils.
•
Stellen sie für konkret eingesetzte Motoren aus 3) typische technische Daten
bzw. Leistungsschilder zusammen.
Elektromobilität
Seite: 36
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
•
Wirtschaftlichkeit
Vergleichen Sie die Wirtschaftlichkeit der Antriebe von zwei ähnlichen Fahrzeugen
(z.B. Auto, Scooter, Eisenbahn). Ein Fahrzeug soll mit einem Verbrennungsmotor und
das andere mit einem Elektromotor (Elektromobil) betrieben werden. Nennen Sie
Hersteller und Leistungsdaten der Fahrzeuge und erstellen Sie dazu eine eigene
Entscheidungsmatrix.
Gebrauchswertorientierung
Welche Anforderungen an die Antriebe von Fahrzeugen haben Betreiber/Nutzer und
Hersteller?
Wählen Sie dazu 2 unterschiedliche Fahrzeuge aus und Stellen Sie bitte entsprechende
Kriterien zusammen.
Finden Sie dazu bitte an 2 konkreten Herstellern heraus, wie diese die Anforderungen
befriedigen.
Geschäfts- und Arbeitsprozessorientierung
Wählen Sie bitte zwei Elektromobile aus und beschreiben Sie möglichst genau
11. die Daten, die Sie wie herausfinden, wenn der Motor ausgetauscht werden muss.
12. den Beschaffungsvorgangs des notwendigen Motors.
13. den Arbeitsprozess zum Austausch des Motors im Rahmen einer Reparatur.
14. die weitere Wartung des Motors in der Zukunft.
Umweltverträglichkeit
„Elektromobile sind umweltverträglicher als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren.“
Nehmen Sie zu dieser These ausführlich Stellung.
Sozialverträglichkeit
1) Für welche Tätigkeiten (z.B. im Alltag, im Beruf, in der Freizeit) eignen sich
heute Elektromobile gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren?
2) „Elektromobile sind heute in der Lage, Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren
aus dem Alltag zu verdrängen.“ Nehmen Sie zu dieser These ausführlich
Stellung.
3) Beschreiben Sie bitte genau, welche Sicherheitsvorschriften zu beachten
sind, wenn Sie den Motor eines Elektromobils
reparieren/austauschen/warten sollen.
Kreativität
Nennen und beschreiben Sie 3 Beispiele, für welche Fahrzeuge/Geräte Elektromotoren
optimierend eingesetzt werden können.
Elektromobilität
Seite: 37
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Elektromobilität
Elektromobilität
Seite: 38
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Grundlagen der Elektromobilität
Batterien und Akkumulatoren
Begriffsklärung
Neben dem Begriff Batterie werden auch die Begriffe Akkumulator oder kurz Akku verwendet.
Ursprünglich beschreiben Batterie und Akkumulator zwei Arten von elektrischen Speichermedien,
die sich grundsätzlich unterscheiden. Im heutigen Sprachgebrauch wird nicht mehr so streng
unterschieden und beide Begriffe gleichbedeutend verwendet.
Batterie
Eine Batterie bezeichnet in ihrer ursprünglichen Bedeutung einen Speicher für elektrische Energie, der nicht
wieder aufgeladen werden kann. Die Batterie ist aus sogenannten Primärzellen aufgebaut.
Die Gesamtspannung ist abhängig von der Anzahl und der Spannung der einzelnen Zellen.
Eine Primärzelle setzt die in ihr gespeicherte chemische Energie durch eine chemische Reaktion als
elektrische Energie frei.
Der ursprüngliche Ladungszustand kann durch ein elektrisches Wiederaufladen nicht wiederhergestellt
werden.
Elektromobilität
Seite: 39
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Akkumulator
Ein Akkumulator ist wiederaufladbar und aus Sekundärzellen aufgebaut. Der bekannteste Akkumulator ist
der Blei-Akku, der als Bordnetzbatterie weit verbreitet ist.
Auch in einer Sekundärzelle wird elektrische Energie gespeichert. Wie bei der Batterie wird die lieferbare
Energiemenge durch die Anzahl der miteinander verbundenen Sekundärzellen bestimmt. Die hier
ablaufende chemische Reaktion ist im Gegensatz zur Primärzelle jedoch leicht umkehrbar. Das bedeutet,
man kann den entladenen Akkumulator weiter verwenden, wenn er durch ein Ladegerät wieder mit
Energie aufgeladen wird.
Wussten Sie schon?
Die Zyklenfestigkeit von Laptop-Akkus und Akkus in Mobiltelefonen beträgt etwa 500 Zyklen. Das
bedeutet, dass diese Akkus aufgrund ihrer technischen Auslegung bis zu 500mal von leer bis voll
geladen werden können. Danach besitzen diese Akkus lediglich noch ca. 50% ihrer ursprünglichen
Kapazität. Die Kapazität wird als State of Capacitiy (SOC) angegeben. Eine Aussage über den
„Gesundheitszustand” der Batterie gibt der SOH (State of health) wieder.
Elektromobilität
Seite: 40
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Die Hochvoltbatterie
Die Batterie gilt als Herzstück des Elektrofahrzeugs. Die Hochvoltbatterie wird z. B. von außen über eine
Steckdose geladen. Sie gibt ihre Gleichspannung an die Leistungselektronik.
Die Leistungselektronik wandelt die Gleichspannung in eine Wechselspannung und speist die E-Maschine
mit drei elektrischen Phasen über die drei Leitungen (U, V und W). Das Elektrofahrzeug setzt sich in
Bewegung.
Batterien unbedingt die Warnhinweise der Hersteller.
Im Folgenden wird der Begriff Hochvoltbatterie (HV-Batterie) für den Akkumulator zur elektrischen
Versorgung einer E-Maschine verwendet.
Die für eine Hochvoltbatterie typischen elektrischen Kennzahlen, wie die Nennspannung, der
Wirkungsgrad und die Energiedichte, hängen von der Art der chemischen Stoffe ab, die für den inneren
Aufbau des Energiespeichers verwendet werden.
Elektromobilität
Seite: 41
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Energiedichte
Mit diesem Kennwert lassen sich Aussagen über die Leistungsfähigkeit einer Batterie bezogen auf ihr
Gewicht treffen. Je höher die Energiedichte ist, desto mehr Energie kann gespeichert und zum Leisten
einer Arbeit wieder abgegeben werden. Die Einheit der Energiedichte ist Wattstunden pro Kilogramm
[Wh/kg] und setzt sich aus der elektrischen Arbeit [Wh] und dem Gewicht [kg] der Batterie zusammen. Aus
der Energiedichte kann die Reichweite eines E-Mobils abgeleitet werden.
Beispiel für eine Hochvoltbatterie mit 85kg Gewicht, 288Volt Spannung und 6,5Ampère Strom:
Die elektrische Leistung (P) ist gleich der elektrischen Spannung (U) mal dem elektrischen Strom (I); P
= U x I. U = 288Volt und I = 6,5Ampère
P = 288V x 6,5 A = 1872VA; 1VA entspricht ca. 1W
(Einheit Watt) P = 1872W oder 1,872kW (Einheit Kilowatt)
Die elektrische Arbeit ist gleich elektrische Leistung mal Zeit.
Über eine Stunde (1h) kann diese Hochvoltbatterie also eine Arbeit von 1872Wh (Wattstunden)
leisten. Berechnung der Energiedichte: 1872W x 1h : 85kg = 22,02 Wh/kg
Lebensdauer
Die Lebensdauer einer Batterie wird mit der Zyklenfestigkeit beschrieben. Die Zyklenfestigkeit einer
Hochvoltbatterie wird über einen Zeitraum von 10 Jahren mit insgesamt 3.000 Zyklen, also 300
Zyklen/Jahr anberaumt. Aus dieser Eigenschaft heraus lassen sich sogenannte „Automotive Batterien”,
Batterien für den Einsatz in einem Hochvoltfahrzeug, nicht mit den „Consumer Batterien”, für die Nutzung
in Laptops oder Mobiltelefonen, vergleichen.
Wirkungsgrad
DerWirkungsgrad einer wiederaufladbaren Batterie wird in Prozentzahlen angegeben. Vereinfacht
dargestellt sagt der Wirkungsgrad aus, wie viel von der Energie, die zum Laden investiert worden ist,
beim Entladen der Batterie wieder nutzbar gemacht werden kann. Dadurch, dass ein kleiner Teil der
Ladeenergie in Form von Wärme abgegeben wird (Ladeverlust), kann der Wirkungsgrad einer Batterie
nie 100% sein.
Elektromobilität
Seite: 42
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Funktionsprinzip
Ausschnitt aus der Spannungsreihe der Metalle: Al - Aluminium
Zn - Zink Fe - Eisen Cu - Kupfer Au - Gold
Die Funktionsweise einer Batterie beruht darauf, dass Metalle unterschiedlich »edel« sind. Edel bedeutet in
diesem Zusammenhang, dass sich zwei Metalle wie Zink und Kupfer in ihrem chemischen Verhalten
Elektronen abzugeben, unterscheiden. Anhand dieses chemischen Verhaltens lassen sich die Elemente in
einer sogenannten Spannungsreihe anordnen. Zink gibt leicht Elektronen ab. Das bedeutet, es ist leicht zu
oxidieren. Kupfer trägt nicht so leicht Elektronen zu einer chemischen Reaktion bei. Das bedeutet, es ist
schwerer zu oxidieren.
Schematischer Aufbau einer Batterie
s499_230
Werden nun jeweils ein Stab aus Zink und einer aus Kupfer in getrennten Behältern in eine geeignete
Elektrolytlösung gehängt, so lösen beide Metalle unterschiedlich stark Ionen in den Elektrolyten und lassen
dabei Elektronen in dem Metallstab zurück. In einem Behälter gibt es viele positive Zink-Ionen in der Lösung
und viele Elektronen im Zinkstab. In dem anderen Behälter sind nur wenig positive Kupfer- Ionen in der
Lösung und wenig Elektronen im Kupferstab. Werden nun beide Behälter durch eine Ionenbrücke
miteinander verbunden, so setzt aufgrund der unterschiedlichen Ionenkonzentrationen
ein Ladungstransport ein. Aufgrund des hohen Elektronenüberschusses im Zinkstab wirkt dieser als Anode,
während der Kupferstab die Kathode bildet. Zwischen beiden lässt sich aufgrund der unterschiedlichen
Elektronenkonzentrationen eine Spannung messen. Verbindet man beide Elektroden durch einen Leiter,
fließen die Elektronen von der Anode zur Kathode. Dieser Aufbau wird allgemein als galvanische Zelle
bezeichnet und ist die einfachste Form einer Batterie. Wird Energie von der Batterie abgegeben, ist die
Anode der Minuspol. Bei wiederaufladbaren Batterien kann dieselbe Elektrode abwechselnd als Anode
oder Kathode arbeiten, je nachdem ob die Batterie geladen oder entladen wird.
Elektromobilität
Seite: 43
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Arten von wiederaufladbare Akkumulatoren
Die verschiedenen Typen wiederaufladbarer Batterien werden nach den verwendeten Materialien
für Elektroden und Elektrolyte unterschieden. Die gängigsten Akkumulatoren sind Blei-, NickelKadmium-, Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Batterien. Sie werden im Folgenden kurz
beschrieben und mit ihren wesentlichen Besonderheiten vorgestellt.
Der Blei-Akku
Der Klassiker als 12V-Bordnetzbatterie im Fahrzeug. Als Elektroden dienen Platten
aus Blei und Blei/Bleioxid, als Elektrolyt Schwefelsäure.
Blei-Akkus müssen gewartet werden. Das bedeutet, es muss destilliertes Wasser nachgegeben
werden, um den erforderlichen Flüssigkeitsstand an Elektrolyt zu gewährleisten. Für die
Versorgung rein elektrisch angetriebener Fahrzeuge sind Blei-Säure-Batterien nicht so gut
geeignet, da sie, bezogen auf ihr Volumen, sehr schwer sind und damit einen großen Teil des
Fahrzeugvolumens in Anspruch nehmen würden. Dadurch sinkt die Nutzlast eines solchen
Fahrzeuges.
Ein Blei-Akku kann unter Umständen schon nach 6 Jahren einen großen Teil seiner Kapazität
verloren haben. Im Schadensfall kann Elektrolyt (Säure) austreten.
Die Nickel-Kadmium-Batterie
In diesen Batterien wird als Elektrodenmaterial Kadmium (Cd) und eine Nickelverbindung verwendet.
Als Elektrolyt dient Kaliumhydroxid. Daher nennt man diesen Typ auch alkalische Batterien. Sie
besitzen eine höhere Energiedichte als Blei-Akkus und sind robuster gegen Beschädigung und
Elektrolytaustritt. Nickel- Kadmium-Akkus haben einen Memoryeffekt. Ein Tiefentladen oder
Überladen verkraftet dieser Batterietyp nur bedingt. Ihr Wirkungsgrad wird also geringer. Kadmium
und Kadmiumverbindungen sind giftig.
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie
Diese Batterien bestehen im Elektrodenmaterial aus einer Nickelverbindung und einer Verbindung
eines anderen Metalls. Als Elektrolyt wird auch Kaliumhydroxid verwendet. Sie haben wiederum
eine höhere Energiedichte als die Ni-Cd-Batterien und sind relativ robust gegen Beschädigung.
Wenn auch ein Memory-Effekt wie bei den Ni-Cd-Batterien nicht in dem Maße auftritt, verlieren
auch diese Batterien im Laufe ihrer Lebensdauer an Wirkungsgrad. Diese Wirkungsgradeinbuße ist
bis zu einem gewissen Grad reversibel (aufhebbar). Weiterer Vorteil der Nickel-MetallhydridBatterien: Sie enthalten keine giftigen Schwermetalle wie Blei oder Kadmium. Der Elektrolyt ist in
fester Form in der Batterie gespeichert. Selbst nach Gehäusebruch treten nur vereinzelt Spritzer
Elektromobiltät
Seite: 44
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
heraus.
Elektromobiltät
Seite: 45
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Die Lithium-Ionen-Batterie
Sie stellen eine der neueren Batteriegenerationen dar und verwenden LithiumVerbindungen für ihren inneren Aufbau. Als Elektroden kommen verschiedene LithiumMetall-Oxide und Graphit zum Einsatz, als Elektrolyt unterschiedliche Lösungsmittel für
Lithiumsalze. Lithium-Ionen-Batterien enthalten nur sehr wenig Wasser und haben
keinen Memory-Effekt. Gegenüber den Nickel-Kadmium-Batterien besitzen sie eine
mehr als doppelt so hohe Energiedichte. Das bedeutet, dieser Batterietyp benötigt
bezogen auf seine Leistung weniger Bauraum in einem Elektrofahrzeug, sodass mehr
Platz für die Insassen und den Kofferraum bleibt.
Lithium (Li) ist ein chemisches Element. Das Wort Lithium leitet sich aus dem griechischen
„lithos” für Stein ab, weil es 1817 in Stein entdeckt worden ist. Lithium gehört nach seinem
chemischen Verhalten wie Natrium zu den Alkalimetallen und gilt aufgrund seiner geringen
Dichte als Leichtmetall. Es ist nach Wasserstoff und Helium das dritt-leichteste chemische
Element.
Dichte
0,534 g/cm3 (zum Vergleich: H2O = 1g/cm3)
Verwendung in Batterien
in Form von Lithium-Carbonat (Li2CO3);
ca. 3 kg reines Lithium für den Bau eines Akkus mit 20 kWh erforderlich.
Vorteile
Schnelle Lademöglichkeit aufgrund
geringem Ionenradius. Kein Memory-Effekt
Werden Lithium-Ionen-Batterien einer starken Erwärmung ausgesetzt, kann dies in
der Batterie zu Zersetzungsprozessen führen. Dabei kann es zu einem Brand und
zur Abgabe gesundheitsgefährdender Gase kommen. Beachten Sie daher beim
Umgang mit diesen
Elektromobiltät
Seite: 46
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Aufgaben für den
Unterricht zum Thema
Batterien und
Akkumulatoren
Kompetenzkriterien:
1. Beschreibe den Unterschied zwischen Batterien und Akkumulatoren.
2. Ist die Batterie oder der Akkumulator wirtschaftlicher bzw.
umweltverträglicher? Begründe die Antwort.
3. Was versteht man bei Akkumulatoren unter Zyklenfestigkeit?
Elektromobiltät
Seite: 47
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
4. Beschreibe die Aufgabe von Hochvoltakkumulatoren bei Elektrofahrzeugen.
5. Welche Sicherheitsvorschriften sind im Umgang mit
Hochvoltakkumulatoren zu beachten.
6. Mit welchen Warnhinweisen sind Hochvoltakkumulatoren gekennzeichnet?
7. Ein Hochvoltakkumulator hat eine Spannung von 300 Volt und
einen Strom von 7 Ampere. Berechne die elektrische Leistung des
Hochvoltakkumulators in kW.
8. Vergleichen Sie die CO2-Bilanz der verschiedenen Batterien/Akkumulatoren:
9. Vergleichen Sie die Batterien/Akkumulatoren auf ihre Wirtschaftlichkeit und
erstellen Sie ein Rasterformular mit Vor- und Nachteilen - und
argumentieren Ihre Entscheidung warum Sie welchem Typ den Vorzug
geben würden.
10. Finden Sie anhand Internet-Recherche heraus, aus welchen Ländern
hauptsächlich die zur Produktion von Batterien/Akkumulatoren
notwendigen Grundstoffe eingeführt werden. Berechne die CO2Belastung für deren Transport, die Aufbereitung und Verarbeitung.
11. Beleuchten Sie die wirtschaftspolitischen Überlegungen die für
einen Import von Grundstoffen aus einer bestimmten Region der
Erde entscheidend sein können.
12. Versuchen Sie aufgrund sozialpolitscher Überlegungen (Arbeitszeit,
Mindestlohn, Arbeitsbedingungen, klimatische Verhältnisse,
Sozialleistungen, medizinische Versorgung) das sozialverträglichste
Elektromobiltät
Seite: 48
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Lieferland für die benötigten Grundstoffe zu finden.
Elektromobilität
Elektromobiltät
Seite: 49
Partnerschaftsprojekt
Elektromobiltät
ELEKTROMOBILITÄT
Seite: 50
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Inhalt:
Grundbegriffe (Aufladen der Elektromobile)
AC – Wechselstrom DC
– Gleichstrom
AC Slow Charging – langsames Aufladen mit dem Wechselstrom
AC Fast Charging – schnelles Aufladen mit dem Wechselstrom
DC Fast Charging – schnelles Aufladen mit dem Gleichstrom
DC Fast Charging Station – Aufladestation für schnelles Gleichstrom-Aufladen
Charging Unit – Aufladeeinheit (kann auch im Fahrzeug integriert oder extern – wie
im Fall DC Fast Charging Station)
Konventionelle Aufladeweise von Akkus (Batterien) ist die Übertragung vom
elektrischen Strom durch das Aufladekabel. Eine Neuigkeit ist drahtlose Aufladung,
bei der man kein Aufladekabel braucht, die Energie wird mit der Hilfe des
Elektromagnetischen Feldes übertragen.
Drahtlose Aufladung
P)
Induktive Aufladung
nutzt das Phänomen der elektromagnetischen Induktion, Übertragung der Energie ist
möglich auf eine sehr geringe Entfernung (weniger als 1 cm). Der Nachteil ist der
Preis dieser Lösung und starkes Stören der Umgebung durch das
elektromagnetische Feld. In der Zukunft rechnet man mit der Möglichkeit der
Übertragung auf eine größere Entfernung. Der Vorteil ist ein hoger Wirkungsgrad, der
90 % übersteigt.
Elektromobiltät
Seite: 51
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Bild 2: Aufladefläche in der Asphaltstraße integriert (SüdKorea)
Elektromobiltät
52
Seite:
Partnerschaftsprojekt
Q)
ELEKTROMOBILITÄT
Resonanzaufladung
Der Sender in der Aufladestation und der Empfänger im Elektromobil sind die gleiche
Frequenz übereingestimmt, die Energieübertragung läuft durch elektromagnetisches
Feld. Der Vorteil ist eine funktionsfähige Aufladung auch durch kleine Hindernisse
zwischen dem Sender und Empfänger.
Aufladung mit dem Kabel
1. AC Slow Charging
Langsames Wechselstrom-Aufladen, primär bestimmt zum Haus-Aufladen. Es ist
immer eine Aufladeeinheit im Fahrzeug eingebaut. Ihre Leistung ist meistens
beschränkt mit dem Strom von 16 A (mit der Rücksicht auf die Steckdosensicherung
in üblichen Haushalten oder Garagen). Die Aufladezeit ist meisten zwischen 5 – 6
Stunden (berücksichtigt aktueller Stand des Entladens des Akkumulators und seine
Nennkapazität).
B. AC Fast Charging
Um ein schnelles Wechselstromaufladen handelt sich im Fall, wo das Elektromobil
eine stärkere Einheit hat (z. B. 32/64 A), die Aufladezeit ist kürzer im Vergleich zum
langsamen Wechselstromaufladen. Es ist nötig ein ausreichend bemessener
Netzanschluss, sog. AC-Feld. Bei den Massenelektromobile wird meistens nur 16 A
verwendet (das erlaubt die Aufladung von einer konventionellen Dose).
C. DC Fast Charging
Im Fall des schnellen Gleichstromaufladens ist die Aufladeeinheit nicht im Fahrzeug,
sondern der Teil der Aufladeinfratstruktur. Die Aufgabe der Ladeeinheit übernimmt
eine externe, meistens sehr starke Ladestation mit den Leistungen 50 – 250 kW. Bei
dieser Art der Aufladung bewegt sich die Aufladezeit gewöhnlich zwischen 15 – 30
Minuten (mit dem Rücksicht auf den aktuellen Entladungzustand und die
Nennkapazität der Batterie).
Elektromobiltät
Seite: 53
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Aufladung, Auflademodi
1. Mode 1
Der Ladestrom überschreitet nicht 16 A, Gleich- Einphasenspannung ist bis 250 V
oder Wechsel- Dreiphasennspannung bis 480 v. Die Steckverbindungen im Mode 1
verwendet benötigen keine Kontroll-PIN-Nummer.
•
Mode 2
Der Ladestrom überschreitet nicht 32 A, Wechsel- Einphasenspannung bis 250 V oder
Wechsel- Dreiphasenspannung bis 480 V. Die Steckverbindungen im „Mode 2“
verwendet, brauchen eine Kontroll-PIN-Nummer, die befindet sich auf der Seite des
Aufladekabels in der Richtung zum Fahrzeug (nicht in der Richtung Ladestation).
•
Mode 3
Die Aufladesteckverbindung muss Kontroll- und Signal-PIN auf beiden Enden des
Stromkabels beinhalten.
•
Mode 4
In der Ladestation kommt zum Wechsel vom Wechselstrom zum Gleichstrom, der
zum schnellen Aufladen mit dem Gleichstrom dient. Der Aufladestrom kann bis 400 V
groß sein. Die Aufladeverbindung muss Kontroll- und Signal-PIN auf beiden
Stromkabel beinhalten.
Elektromobiltät
Seite: 54
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Ladezeiten
Ladezeit
Aufladen
Spannung
Max. Strom
6 – 8 Stunden
Einphasen, 5,3 kW
230 V (Wechsel)
16 A
2 – 3 Stunden
Dreiphasen, 10 kW
400 V (Wechsel)
16 A
3 – 4 Stunden
Einphasen, 7 kW
230 V (Wechsel)
32 A
1 – 2 Stunden
Dreiphasen, 24 kW
400 V (Wechsel)
32 A
20 – 30 Minuten
Dreiphasen, 43 kW
400 V (Wechsel)
63 A
20 – 30 Minuten
Gleichstrom, 50 kW
400 – 500 V
100 – 125 A
(Gleich)
Tab. 1 - Aufladezeiten
Elektromobiltät
Seite: 55
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Steckverbindungen
Bild 7 – Aufladesteckverbindungen
Aufladung
Typ 1 (USA)
Typ 2 (Europa)
Wechselstrom
SAE J1772 / IEC 62196-2
IEC 62196-2
Gleichstrom
IEC 62196-3
IEC 62196-3
Kombisystem
SAE J1772 / IEC 62196-3
IEC 62196-3
Tab. 2 –Aufladung und Steckverbindungen
Elektromobiltät
Seite: 56
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Steckverbindung CCS (USA)
Bild 8 Verbindungen für die Aufladung CCS
Steckverbindung, amerikanische Norm SAE
SAE J1772 ist ein Nordamerikanischer Standard für elektrische Steckverbindungen
für Elektromobile Society of Automotive Engineers und wir offiziell „SAE....
Die Norm bezieht sich auf allgemeine physikalische, elektrische und
kommunikative Einrichtungen
SAE J1772 je North americký standard pro elektrické konektory pro elektrická vozidla
vedeného Society of Automotive Engineers a má oficiální název "SAE povrchu vozidla
Doporučená praxe J1772, SAE Electric Vehicle vodivé Charge spojka." Vztahuje se
na všeobecné fyzické, elektrické, komunikace protokol, a výkonnostní požadavky na
vodivou náboje systému a vazební elektrických vozidel. záměrem je stanovit společný
Electric Vehicle vodivé nabíjení architekturu systému, včetně
Elektromobiltät
Seite: 57
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
provozních požadavků a funkčních a rozměrové požadavky na vstup vozidla a
protikusu
Bild 9 – Steckverbindung für die Aufladung SAE
Bild 10 Anschlussschema der Steckverbindung SAE
Elektromobiltät
Seite: 58
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Ladestationen
können die Ladequelle oder nur Steckdosen beinhalten. Ladestation
Terra 51
Die Ladestation Terra 51 ist eine Lösung für Elektromobile-Laden (EV), in denen alle
notwendigen Funktionen vorhanden sind. Es geht um eine schnelle Ladestation mit
einfacher Installation und mit der Ausgangsleistung bis 50 kW.
System
Typ
Betriebstemperatur
Relative Luftfeuchtigkeit
Zertifizierung und Sicherheit
Eingang
Anschluss Wechselstrom
Umfang der Eingangsspannung
Nenn-Eingangsspannung
Nenn-Eingangsstrom
Nenn-Eingangsleistung
Eingangsfrequenz
Leistungsfaktor (volle Belastung)
Wirkungsgrad
Ausgang
Max. Ausgangsleistung
Max. Ausgangsstrom
Umfang Der Ausgangsspannung
Allgemeines
Standard Gleichstromanschlüsse
Länge des GS-Kabels
Ausführung der GS-Steckdose
System RFID
Netzanschluss
Abdeckung
Einzelne Ladestation für schnelles
Gleichstromaufladen
- 10 °C bis + 40 °C (für niedrige
Temperaturen)
20 bis 95 %
CE/CHAdeMO
3P + PE
400 V Wechsel. +/- 10%
400 V Wechsel
80 A; 32 A - 80 A (Wahl der SoftwareBeschränkung)
55 kVA; 22 kVA - 55 kVA (Wahl der
Software-Beschränkung)
50 Hz
> 0,98
> 92% bei Nenn-Ausgangsleistung
50 kW
120 A
50 – 500 V
Abgestimmt mit CHAdeMO
2,5 m
JEVS G105
13,56 MHz, ISO 14443A
GSM / UMTS Modem; 10/100 Base-T
Ethernet
IP 54
Tab. 3 Ladestation Terra 51, technische Daten
Elektromobiltät
Seite: 59
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Ladestationen in Tschechien, Karte
Bild 11 Karte der Ladestationen in Tschechien
Bild 12 Karte der Ladestationen (Beschreibung)
Zahlungsweise bei der Aufladung:
15.
Per Mobiltelefon, Premium SMS oder on-line Zahlungs-system
•
Anschluss an GSM oder Internet nötig, der Provider zieht 50 – 70 %
des Preises ab!
•
16.
Nicht geeignet für die Ausländer
Einmaliges elektronisches Code, elektronisches Geld
•
Einchip-Computer nötig, Tastatur und Display (mutwillige
Beschädigung)
•
17.
on-line Verbindung nötig
Münzenzahlung
Elektromobiltät
Seite: 60
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
•
niedrige Kosten für den Münzenempfänger, bzw. Banknotenempfänger
•
Notwendigkeit, die Münzen zu entnehmen, der Speicher kann
unterirdisch und groß sein
•
keine Möglichkeit, on-line die Entnahme zu folgen
•
funktioniert auch ohne Heim-Vorbereitung, auch für die Ausländer (man
kann sowohl Kronen, als auch Euro nehmen) und jeden
Vorbeigehenden
•
18.
ohne Verbindung
Kostenlos als freiwillige Kasse
•
am zuverlässigsten, am billigsten und am einfachsten
•
die Benutzer nehmen nicht den niedrigen Preis der Energie für die
Elektromobile wahr
19.
Zutrittskarte (rfid)
•
ein großer Vorteil rfid ist kontaktlose und einmalige Autorisierung
•
sehr widerständig gegen Beschädigung (Lesegerät, 2x LED, Display
nicht nötig), klein
•
geringer Preis
Elektromobiltät
Seite: 61
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Ladestationen, Infrastruktur
Region Provider Number Connector FastCharge Started Updated
Prague ČEZ
25
230V/16A 400V/32A
2011
2013
Group
Type E
Type 2
(other) ČEZ
9
230V/16A 400V/32A
2011
2013
Group
Type E
Type 2
Tab. 4 Infrastruktur Ladestationen in Tschechien
Region
Provider
BDEW energy 2821
providers
summary
Number
(counting
publicly
accessibl
e
stations)
& 115
Connector
Germany
Park
Charge
Germany
Drehstromnet
z
190
Berlin
Vattenfall
42
Berlin
RWE
77 (154)
mains (230
V, 16 A)
Germany
ladenetz.de
150[80]
mains (230
V, 16 A)
Rhein-Ruhr
RWE
165 (330)
mains (230
V, 16 A)
Koeln-Bonn
RWE
57 (114)
mains (230
V, 16 A)
Rhein-Main
RWE
34 (68)
mains (230
V, 16 A)
Hamburg
RWE / Orlen
28 (56)
mains (230
V, 16 A)
(other)
RWE
98 (196)
mains (230
V, 16 A)
Munich
E.ON
21
mains (230
Elektromobiltät
CEE
blue
(230 V, 16
A)
CEE
blue
(230 V, 16
A)
mains (230
V, 16 A)
FastCharge
2012
Started Updated
1998
2011
CEE red (400 2006
V, 32 A)
2011
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 Mode
3 (400 V, 32
A)
Type 2 (was
2009
2011
2009
2010
2010
2012
2010
2011
2010
2011
2010
2011
2010
2011
2010
2011
2009
2010
Seite: 62
Partnerschaftsprojekt
V, 16 A)
mains (230
V, 16 A)
EnBW
42
(84)
mains (230
Stuttgart/Karls
V, 16 A)
ruhe
Tab. 5 Infrastruktur Ladestationen, Deutschland
Stuttgart
Elektromobiltät
EnBW
25
ELEKTROMOBILITÄT
CEEplus)
-
2010
Type 2 Mode 2011
3
Seite: 63
2011
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Quelle:
Bild auf der Titelseite oben [cit. 2015-03-01].
http://vtm.e15.cz/files/imagecache/dust_filerenderer_normal/upload/aktuality/rychlona
b_jen
sta _p_t_minut_a_elektromobil_m__e_4cee433384.jpg
Bild auf der Titelseite unten
Bild 1 [cit. 2015-03-01]. #http://www.hybrid.cz/siemens-bmw-vyvijeji-bezkontaktninabijeni-elektromobilu
Bild 2 [cit. 2015-03-01]. http://www.hybrid.cz/jihokorejske-elektrobusy-ziskavajienergii-ze-silnice
Bild 3 [cit. 2015-03-01].
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/Mode1.JPG/220pxMode1.JPG
Bild 4 [cit. 2015-03-01].
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/21/Mode2.JPG/220pxMode2.JPG
Bild 5 [cit. 2015-03-01].
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/Mode3.JPG/220pxMode3.JPG
Bild 6 [cit. 2015-03-01].
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e0/Mode4.JPG/220pxMode4.JPG
Bild 7 [cit. 2015-03-01].
http://www.phoenixcontact.com/local_content_images/hl12_e_mobility_connector_ty
pes_
en_big.jpg
Bild 8 [cit. 2015-03-01].
?????
Bild [cit. 2015-03-01].
?????
Bild 10 [cit. 2015-03-01].
?????
Bild 11 [cit. 2015-03-01].
http://www.elektromobily.org/w/images/9/92/Mapa-orez2.jpg
Bild 12 [cit. 2015-03-01].
http://www.elektromobily.org/w/images/e/ec/Legenda2.png
Elektromobiltät
Seite: 64
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Tab. 1 [cit. 2015-03-01]. http://en.wikipedia.org/wiki/Charging_station
Tab 3 [cit. 2015-03-01].
http://www04.abb.com/global/czabb/czabb018.nsf/0/0a39dccbde6a29dac1257aae0
0 54fa51/$file/Terra+produkty.pdf
Tab 4 [cit. 2015-03-01]. http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle_network
Tab 5 [cit. 2015-03-01]. http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle_network
Elektromobiltät
Seite: 65
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Aufgaben zu Ladestationen
Standards of competence at work:
environment-friendliness
graphicalness, presentation
creativity
Worksheet 1
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
R)
Prepare a short presentation (text, pictures) about the history of electric
vehicles (cars). In particular, focus on the significant personalities, inventions,
discoveries, improvement of technical parameters (8 slides max.).
S) In the presentation emphasize the environmental benefits of electric vehicles
in personal transportation in comparison with combustion engine cars.
D.
Bereiten Sie eine kurze Präsentation (Texte, Bilder) über die Geschichte der
Elektrofahrzeuge (Autos). Insbesondere konzentrieren sich auf die bedeutenden
Persönlichkeiten, Erfindungen, Entdeckungen und die Verbesserung der technischen
Parameter (8 Folien max.).
E. In der Präsentation unterscheiden Sie den Umweltnutzen von Elektro Fahrzeugen
im
Vergleich zu Autos mit Verbrennungsmotoren.
Elektromobiltät
Seite: 66
Partnerschaftsprojekt
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
value
ELEKTROMOBILITÄT
sustainability
concentration on utility
environment-friendliness
Worksheet 2
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
•
•
•
•
•
Find on the Internet 3 main advantages electric vehicles (cars) drive compared
to the conventional internal combustion engines (ICE).
Find at least two European electric car producers.
Find on the Internet 5 serially produced electric cars and their technical
parameters: driving range, batteries capacity, charging connector types. Put
the cars in the right order to a chart according to their driving range.
Prepare a short presentation about the topic: Advantages of electric cars use
in urban traffic. Use the information found in the tasks 1-3 (5 slides max.).
Suggest a way of realization and support of electric bicycles use in urban
traffic from the city council point of view
20.
Finden Sie auf den Internet 3 Hauptvorteile
Elektrofahrzeuge (Autos) Laufwerk im Vergleich zu den konventionellen
(ICE).
Verbrennungsmotoren
21. Finden
Sie
mindestens
zwei
europäischen
Elektroautoherstellercar
producers.
22.
Finden Sie auf den Internet 5 seriell produzierten Elektroautos und deren technische
Parameter: Driving Range, Batterien Kapazität, Ladesteckertypenconnector types. Setzen
Sie die Autos in der richtigen
Reihenfolge
zu
einem
Diagramm
entsprechend
ihrer
Driving
Range.
23.
Bereiten Sie eine kurze Präsentation über das Thema: Vorteile von
Elektroautos im Stadtverkehr. Verwenden Sie die
Informationen in den
Aufgaben 1-3 gefunden
(5 Folien
max.).
24. Schlagen Sie eine Möglichkeit, Realisierung und Betreuung von Elektro-Fahrräder
nutzen im Stadtverkehr aus dem Stadtrat Sicht
Elektromobiltät
Seite: 67
Partnerschaftsprojekt
Standards of competence at work:
Sustainability
concentration on utility value
environment-friendliness
ELEKTROMOBILITÄT
economy
of
use, efficiency
Worksheet 3
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
•
•
•
•
Prepare a short economic balance sheet of 1 km electric car driving
compared to petrol, diesel, LPG and CNG.
Put the found data in an arranged chart.
From the found data draw your own conclusions about suitability of each car
drive type from economic and ecological point of view.
Suggest the ways to support the extension of alternative drives for cars (LPG,
CNG and electric vehicle) on the national level.
•
Bereiten Sie eine kurze ökonomische Bilanz von 1 km Elektroautofahren im
Vergleich zu Benzin, Diesel, LPG und CNG.
• Setzen Sie die gefundenen Daten in einem arrangierten Diagramm.
• von der gefundenen Daten ziehen Sie Ihre eigenen Schlüsse über Eignung
jedes Auto Antriebstyp aus ökonomischer und ökologischer Sicht.
• vorschlagen die Wege, um die Erweiterung der alternativen Antriebe für Autos
(LPG, CNG und Elektrofahrzeug) auf nationaler Ebene zu unterstützen.
Elektromobiltät
Seite: 68
Partnerschaftsprojekt
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
sustainability
utility value
economy of use, efficiency
ELEKTROMOBILITÄT
concentration
on
environment-friendliness
Worksheet 4
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
• Find on the Internet the ways of electric car battery charging (in terms of
charging time). Compare their advantages and disadvantages.
• Find on the Internet the capacity of batteries and their rated voltage for 5
serially produced electric cars.
• Find on the Internet the current prices of electric power for households in the
Czech Republic. Take a typical price per 1 kWh.
• Compare the electric energy production costs
• nuclear power station
• gas turbine station
• fossil fuel power station
• wind power station
• solar power station
• Think about the impact on the environment, sustainability and prospect of
these electric power sources in the near future.
F) Finden Sie im Internet die Wege das Elektro-Auto Aufladen der Batterie (in Bezug
auf die Ladezeit). Vergleichen Sie ihre Vor- und Nachteile.
Finden Sie im Internet die Kapazität der Batterien und deren
Nennspannung 5 seriell produzierten Elektroautos.
H) Finden Sie im Internet die aktuellen Strompreise für Haushalte in der
Tschechischen Republik. Nehmen Sie einen typischen Preis pro 1 kWh.
I) Vergleichen Sie die elektrische Energie die Produktionskosten
i) Kernkraftwerk
j) Gasturbinenwerkstation
k) fossile Kraftstation
l) Windkraftanlage
m)
Solarkraftwerk
J) Denken Sie an die Auswirkungen auf die Umwelt, Nachhaltigkeit und
Perspektive dieser elektrischen Stromquellen in der nahen Zukunft.
G)
Elektromobiltät
Seite: 69
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
orientation on business and working proces
creativity
Worksheet 5
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
a)
Find on the Internet the common forms of payment for electric car charging.
b) Give the advantages and disadvantages of particular payment forms.
c) Suggest an easy and pleasant way of cell phone use by users for finding
the nearest charging station and payment for electric vehicle charging.
d) Draw a clear scheme of business relations between the customer,
charging station keeper, electric power suppliers, cell phone operators and
banks.
-
Finden Sie im Internet die häufigsten Formen der Zahlung für Elektroauto Lade.
Geben Sie die Vor- und Nachteile von bestimmten Zahlungsformen an.
- vorschlagen eine einfache und angenehme Art der Handy-Nutzung von
Nutzern zum Auffinden der nächstgelegenen Ladestation und die Zahlung für
Elektrofahrzeug Lade.
- Zeichnen Sie eine klare Regelung der Geschäftsbeziehungen zwischen dem
Kunden, Ladestation Keeper, Strom Anbieter, Mobilfunkbetreiber und Banken.
-
Elektromobiltät
Seite: 70
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Standards of competence at work:
Efficiency
Worksheet 6
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
•
•
N)
Find what are the requirements for setting up a charging station:
• In a family house garage (as a private person)
• In a shopping centre, parking lot, highway... (as a legal person –
for commercial use).
Find what permissions are required and from which state institutions for a
charging station establishment:
• By a legal person
• By a private person
Finden Sie, was sind die Voraussetzungen für den Aufbau einer Ladestation:
• Im Einfamilienhaus Garage (als Privatperson)
• In einem Einkaufszentrum, Parkplatz, Autobahn ... (als juristische Person -
für die kommerzielle Nutzung).
O) Finden Sie, welche Berechtigungen erforderlich sind und aus denen die
staatlichen Institutionen für eine Ladestation Einrichtung:
2. Von einer juristischen Person
3. Von einer Privatperson
Elektromobiltät
Seite: 71
Partnerschaftsprojekt
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
ELEKTROMOBILITÄT
creativity
Worksheet 7
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
3.1
Find on the Internet at least 2 real charging stations. Find the technical
information about them, prices, their use in a family house and for commercial
reasons (parking lot, shopping centres, highways...).
3.2 Then find 3 nearest charging stations to your place of residence and put them
into a map of proper scale.
3.3 Compare the petrol station density with the charging station density within
the range of 50 km from the place you live.
3.
Finden Sie im Internet mindestens 2 echte Ladestationen. Finden Sie die
technischen Informationen über sie, die Preise, ihre Verwendung in einem
Einfamilienhaus und aus kommerziellen Gründen (Parkplatz, Einkaufszentren,
Autobahnen ...).
4. finden dann drei nächstgelegenen Ladestationen zu Ihrem Wohnort und steckte
sie in einer Karte von richtigen Maßstab.
5. Vergleichen Sie die Tankstelle Dichte mit der Ladestation Dichte im Bereich von
50 km von der Ort, den Sie leben.
Elektromobiltät
Seite: 72
Partnerschaftsprojekt
ELEKTROMOBILITÄT
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
Worksheet 8
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
– Find on the Internet present network of charging stations in the Czech
republic (map, number, place). Mark in the map the nearest charging stations
to your place of residence.
– Find on the Internet present network of charging stations in Germany (map,
number, place).
– Find on the Internet present network of charging stations in Austria (map,
number, place).
– Compare the infrastructures of charging stations of these 3 countries.
3 Finden Sie im Internet präsent Netzwerk von Ladestationen in der Tschechischen
Republik (Karte, Anzahl, Ort). Markieren Sie in der Karte die nächstgelegenen
Ladestationen zu Ihrem Wohnort.
4 Finden Sie im Internet präsent Netzwerk von Ladestationen in Deutschland (Karte,
Anzahl, Ort).
5 Finden Sie im Internet präsent Netzwerk von Ladestationen in Österreich (Karte,
Anzahl, Ort).
6 Vergleichen Sie die Infrastrukturen von Ladestationen dieser 3 Länder.
Elektromobiltät
Seite: 73
Partnerschaftsprojekt
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
economy of use
ELEKTROMOBILITÄT
creativity
Worksheet 9
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out:
Class:
Task:
6.1Find on the Internet the common types of batteries for electric cars according
to their chemical composition of active ingredient (5 types).
6.2 Compare these battery types in terms of
• Energy density per 1 kg
• Charging efficiency
• Number of charging cycles (on average)
• Memory effect
6.3Prepare a short presentation about the topic: Types of electric car
batteries. Use the information acquired in tasks 1 and 2 (7 slides max.)
Meinten Sie: 1) Find on the Internet the common types of batteries for electric cars
according to their chemical composition of active ingredient (5 types). 2) Compare
these battery types in terms of a) Energy density per 1 kg b) Charging efficiency c)
Number of charging cycles (on average) d) Memory effect 3) Prepare a short
presentation about the topic: Types of electric car batteries. Use the information
acquired in stages 1 and 2 (7 slides max.)
•
Finden Sie im Internet die häufigsten Arten von Batterien für Elektroautos nach ihrer
chemischen Zusammensetzung Wirkstoff (5 Typen).
•
Vergleichen Sie diese Batterietypen in Bezug auf
• Die Energiedichte pro 1 kg
• Ladeeffizienzefficiency
• Anzahl der Ladezyklen (im Mittel)
• Speichereffekteffect
•
Bereiten Sie eine kurze Präsentation über das Thema: Arten von ElektroautoBatterien. Verwenden Sie die in den Aufgaben 1 und 2 gewonnenen Informationen
(7 Folien max.)
Elektromobiltät
Seite: 74
Partnerschaftsprojekt
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
ELEKTROMOBILITÄT
economy of use, efficiency
creativity
Worksheet 10
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
15.
Rated voltage of electric car battery is (approximately) 300 V. Maximal power
stored in the battery is 16 kWh. What is the magnitude of charging current for
the process of “slow charging” if the charging current is about 0.1 C (capacity
in mAh or Ah), i.e. one tenth of quoted capacity of battery?
16. What is the price of single charging of an electric car battery if the maximal
stored power in battery is 20 kWh and we are charging the battery from 20 %
to 90 % with 80 % efficiency of charging process? The price of one kWh is
4,89 Kč.
17. Find on the Internet the common price of electric energy for households in
Germany and Austria. Find the present exchange rate for CZK and EUR.
Compare the costs of battery charging (from the point 2) in the Czech
Republic, Germany and Austria.
4) Nennspannung der elektrischen Autobatterie ist (ungefähr) 300 V. Maximale
Energie in der Batterie gespeichert ist 16 kWh. Was die Größe des Ladestroms für
den Prozess der "langsame Aufladung", wenn der Ladestrom etwa 0,1 C (Kapazität
in mAh oder Ah), also ein Zehntel der angegebenen Kapazität der Batterie?
5) Was ist der Preis der einzelnen Aufladung eines Elektroautos Batterie, wenn die
maximale gespeicherte Energie in der Batterie beträgt 20 kWh und wir werden das
Laden der Batterie von 20% auf 90% mit 80% Effizienz der Ladevorgang? Der
Preis für eine kWh 4,89 Kč.
6) Finden Sie im Internet die gemeinsamen Preise von elektrischer Energie für
Haushalte in Deutschland und Österreich. Finden Sie die vorliegenden
Wechselkurs CZK und EUR. Vergleichen Sie die Kosten der Batterielade (von
dem Punkt 2) in der Tschechischen Republik, Deutschland und Österreich.
Elektromobiltät
Seite: 75
Partnerschaftsprojekt
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
ELEKTROMOBILITÄT
environment-friendliness
Worksheet 11
Full name:
Time limit: 30 min
Date of working out: Class:
Task:
•
•
•
•
Find on the Internet the methods of battery charging according to various
characteristics. Find which methods are suitable for different types of
batteries.
For the discovered methods of charging find some illustrative charging
characteristics of batteries.
Compare the advantages and disadvantages of particular charging methods.
Find the safety and hygiene measures for battery charging.
1) Finden Sie im Internet die Methoden der Batterielade nach verschiedenen Merkmalen. Zu
finden, welche Verfahren für verschiedene Typen von Batterien.
2) Bei der Entdeckung Methoden der Lade finden Sie einige illustrative
Ladungseigenschaften von Batterien.
3) Vergleichen Sie die Vor- und Nachteile der jeweiligen Lademethoden
4) Finden Sie die Sicherheits- und Hygienemaßnahmen zur Batterieladung.
Standards of competence at work:
graphicalness, presentation
environment-friendliness
Elektromobilität
creativity
Seite: 76