Benziner treibt Generator - Strom für Elektomotor

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#1

Hallo in die Runde,

es wird ja viel über Hyprid gesprochen, wenn ich es richtig verstehe treibt dann immer ein Benzin oder Dieselmotor zusammen mit einem Elektromotor (je nach Situation auch einer alleine) das Fahrzeug an.

Soweit ich weiss hat ein Verbrennungsmotor mindestens einen Drehzahlpunkt bei dem er zum Verbrauch den größtmöglichen „Ertag“ sprich Leistung hat.

Wenn jetzt also ein Verbrennungsmotor so ständig betrieben wird und einen Generator antreibt, der wiederum eine Batterie speist von dem dann der Elektromotor seinen Strom bekommt wäre das nicht viel besser?
Z.B. im Stadtverkehr an der Ampel würde der Elektromotor keinen Strom brauchen, der Verbrennungsmotor aber weiterhin Strom herstellen.
Auch bei verschiedenen Fahrzuständen wird nicht immer Energie vom E-Motor gebraucht und unter Umständen ja auch z.B. beim Bremsen Strom zurückgewonnen werden.

Meine Frage; Ist die Bilanz positiv - also ist der Benzinverbrauch durch diese Kombination niedriger oder wird eine mögliche Einsparung durch den Betrieb in der optimalen Drehzahl durch sagen wir mechanische Verluste beim Umwanden durch den Generator usw. wettgemacht oder ist dieses womöglich negativ?

Vielen Dank für Eure Antworten im voraus.

Beste Grüße
Mag

#2

Hallo in die Runde,

es wird ja viel über HyBrid gesprochen, wenn ich es richtig
verstehe treibt dann immer ein Benzin oder Dieselmotor
zusammen mit einem Elektromotor (je nach Situation auch einer
alleine) das Fahrzeug an.

Da gibt es die wildesten Kombinationen.

Soweit ich weiss hat ein Verbrennungsmotor mindestens einen
Drehzahlpunkt bei dem er zum Verbrauch den größtmöglichen
„Ertag“ sprich Leistung hat.

Schau Dir dies an:

http://de.wikipedia.org/wiki/Verbrauchskennfeld

Das dort zu sehende Kennfeld sagt:
Bei 2200/min und „knapp Vollgas“ (effektiver Mitteldruck im Kolben bei 15bar, Vollgas wäre etwa 18bar) benötigt man für 1kWh Arbeit an der Schwungscheibe nur 206g Diesel.
Bei 3000/min und nur wenig Gas auch weit über 350g.

Wenn jetzt also ein Verbrennungsmotor so ständig betrieben
wird und einen Generator antreibt, der wiederum eine Batterie
speist von dem dann der Elektromotor seinen Strom bekommt wäre
das nicht viel besser?

Das ist viel komplizierter zu berechnen.
Denn zur Effizienz des Verbrennungsmotos kommen noch:

  1. Effizienz des Generators (In Großkraftwerken >>90%, bei kleinen Generatoren dramatisch weniger)
  2. Effizienz des Lade- / Entladevorgangs (der Akku wird beim Laden und Entladen warm, diese Verluste muss man auch bezahlen)
  3. Effizienz des E-Motors (ähnlich wie beim Generator: Große Maschinen schaffen locker 95% und besser, kleinere vielleicht 80%)

Und nun muss man rechnen, rechnen, rechnen.
Nehme ich einen Mini-Motor, der am optimalen Betriebspunkt läuft und den Akku lädt? Oder soll er bei schnellerer Fahrt direkt auf den Antireb wirken? Will ich längere Strecken elektrisch fahren?

Wenn ich z.B. den Antrieb so auslege, dass im Stadtverkehr der E-Motor reicht und für höhere Geschwindigkeiten der Verbrenner zuschaltet, dann muss ich in Kauf nehmen, dass ich die Höchstgeschwindigkeit nur so lange abrufen kann, wie der E-Motor noch Akkupower hat um mitzuarbeiten.
Dann würde aber eine Kombination aus kleinem E-Motor und kleinem Verbrenner reichen.
Oder will ich Vollgas-Autobahn auch haben können?
Dann muss der Verbrenner groß sein, arbeitet dann aber oft im ineffizienten Bereich.

#3

Hallo,

irgendwie befürchte ich, dass ich Deinen Text vom Sinn her nicht vollständig verstanden habe. Aber ich probiere es trotzdem mal:

…bei dem er zum Verbrauch den größtmöglichen
„Ertag“ sprich Leistung hat.

Streiche „Leistung“, bevor ein Verbrennungsmotor auch nur annähernd vernünftig Leistung abgibt, geht der Verbrauch schon in die Höhe und das willst Du doch vermeiden.

Wenn jetzt also ein Verbrennungsmotor so ständig betrieben
wird und einen Generator antreibt, der wiederum eine Batterie
speist von dem dann der Elektromotor seinen Strom bekommt wäre
das nicht viel besser?

Hybridautos arbeiten doch so ähnlich, nur mit dem Unterschied, dass sie in dem Fall sogar den Verbrennungsmotor ausschalten, um noch weniger Kraftstoff zu verbrauchen.

Z.B. im Stadtverkehr an der Ampel würde der Elektromotor
keinen Strom brauchen, der Verbrennungsmotor aber weiterhin
Strom herstellen.

Richtig, aber wohin mit der Energie, die in dem Moment ja gar nicht gebraucht wird?
Um die extra Energie zu speichern, würde so ein Auto im Vergleich zum herkömmlichen Hybriden deutlich teurer und schwerer werden.

Und schau Dir mal an, wie viel Leistung bei einem Hybrid der Verbrennungs- und wie viel der E-Motor hat. Wenn ich Dich richtig verstehe, willst Du den Antrieb ausschließlich über den E-Motor laufen lassen? Auch das würde so ein Auto noch mal teurer und schwerer machen.

Sicherlich würde trotz des höheren Gewichtes der Verbrauch geringer sein, aber schon jetzt ist ein Hybrid aufgrund der Mehrkosten - ich nenne es mal - gerade so wirtschaftlich. Entsprechend teurere E-Motoren und Akkus wären meines Erachtens zumindest heutzutage (noch) nicht wirtschaftlich.

Beste Grüße
Guido

#4

Wenn jetzt also ein Verbrennungsmotor so ständig betrieben
wird und einen Generator antreibt, der wiederum eine Batterie
speist von dem dann der Elektromotor seinen Strom bekommt wäre
das nicht viel besser?

ja, und das gibt es schon.

Tach,
vorweg meine Ansicht (und mit der stehe ich nicht alleine da), dass der Weg zum Elektroauto unumkehrbar ist. Übergangslösungen, wie die heutigen Hybridantriebe werden vom Markt verschwinden.
Übrig bleiben m.E. zwei Konzepte. Das reine Elektroauto (u.U. vorerst noch mit Notstromaggregat im Kofferraum) und serielle Hybridfahrzeuge. Und da könnte Wasserstoff als Kraftstoff dienen.
Was sich letztendlich durchsetzt…? k.A.

Gruss

B
PS: und die Zeiträume von denen wir reden sind die nächsten 50 - 100 Jahre

#5

Abend,

ja sowas gibt es schon, nennt sich serieller Hybrid.
http://de.wikipedia.org/wiki/Hybridelektrokraftfahrz…

So funktionieren übrigens auch viele unserer Diesellokomotiven.

Gruß
Stefan

#6

Hallo,

Hybridautos arbeiten doch so ähnlich, nur mit dem Unterschied,
dass sie in dem Fall sogar den Verbrennungsmotor ausschalten,
um noch weniger Kraftstoff zu verbrauchen.

sie verbrauchen dann momentan zwar weniger kraftstoff. Durch das anschließend notwendige Nachladen der Batterie wird das aber wieder umgekehrt.

Z.B. im Stadtverkehr an der Ampel würde der Elektromotor
keinen Strom brauchen, der Verbrennungsmotor aber weiterhin
Strom herstellen.

Richtig, aber wohin mit der Energie, die in dem Moment ja gar
nicht gebraucht wird?

In die Batterie? Und wenn die voll ist, wird der Verbrennungsmotor erst mal eine Weile abgeschaltet.

Um die extra Energie zu speichern, würde so ein Auto im
Vergleich zum herkömmlichen Hybriden deutlich teurer und
schwerer werden.

Wieso das denn?

  1. Hat auch ein herkömmlicher Hybride eine Batterie
  2. Hat ein h.H. einen deutlich größeren Verbrennungsmotor
  3. hat ein h.H. ein Getriebe, was ein serieller H. nicht zwingend braucht

Größer und schwerer werden lediglich die E-Motoren.

Und schau Dir mal an, wie viel Leistung bei einem Hybrid der
Verbrennungs- und wie viel der E-Motor hat. Wenn ich Dich
richtig verstehe, willst Du den Antrieb ausschließlich über
den E-Motor laufen lassen? Auch das würde so ein Auto noch mal
teurer und schwerer machen.

Wie geschrieben: Die größeren E-Motoren gehen einher mit einem deutlich kleineren Verbrennungsmotor.

Gruß, Niels

#7

Hallo Niels,

In die Batterie? Und wenn die voll ist, wird der
Verbrennungsmotor erst mal eine Weile abgeschaltet.

Arbeitet ein normaler Hybrid nicht schon so? Wenn ich aber überlege, wie schnell und wie weit man max. im reinen E-Betrieb fahren kann, dann weiß ich, wo man in der Zukunft noch viel verbessern muss.

  1. Hat auch ein herkömmlicher Hybride eine Batterie

Ja, nur hat die eine zu geringe Kapazität.

  1. Hat ein h.H. einen deutlich größeren Verbrennungsmotor

Ja eben, weil der E-Motor heutzutage noch viel zu schwach ist.

  1. hat ein h.H. ein Getriebe, was ein serieller H. nicht
    zwingend braucht

Richtig. Aber was man am Getriebe bzw. an einem kleineren Verbrennungsmotor an Gewicht sparen würde, ist nicht viel. Gut, das Mehrgewicht des/der E-Motoren könnte damit wohl ausgeglichen werden. Hauptproblem ist aber heute noch die Batterie. Das sieht man ja bei reinen E-Autos, die Dinger sind teuer, schwer und haben eine zu geringe Kapazität. Zumal man die angegebene Reichweite solcher Fahrzeuge im täglichen Betrieb nicht nur im Winter deutlich verfehlt.

Ich bin aber zuversichtlich, dass bereits in wenigen Jahrzehnten die Sache schon ganz anders aussieht. Und dann kann das hier erwähnte System durchaus sinnvoll sein.

Beste Grüße
Guido

#8

Blöde Frage dazu
Sagt mal bitte, wenn ich einen E-Motor mit 100 kw Leistung habe, bräuchte ich dann zum Betrieb auch einen Benzinmotor mit mind. 100 Kw-Leistung?

Bräuchte ich für einen handelsüblichen PKW mit Verbrennungsmotor und z. B. 100 KW Leistung für ähnliche Fahrleistungen einen größeren oder kleineren E-Motor?

Grüße

Marcus

#9

Sagt mal bitte, wenn ich einen E-Motor mit 100 kw Leistung
habe, bräuchte ich dann zum Betrieb auch einen Benzinmotor mit
mind. 100 Kw-Leistung?

Ja! Die Leistung fällt leider nicht vom Himmel.

Bräuchte ich für einen handelsüblichen PKW mit
Verbrennungsmotor und z. B. 100 KW Leistung für ähnliche
Fahrleistungen einen größeren oder kleineren E-Motor?

Leistung ist Leistung, egal ob aus einem Elektro- oder Benzinmotor. Prinzipiell braucht man also die gleiche Motorleistung für gleiche Fahrleistungen.
Einschränkung: der Elektromotor ermöglicht eine bessere Drehzahl-Drehmoment-Kurve, so dass das maximale Drehmoment über einen größeren Drehzahlbereich zur Verfügung steht.

Gruß Simon

#10

Arbeitet ein normaler Hybrid nicht schon so?

man kann sie so betreiben. Normalerweise wird der E-Motor in der Stadt benutzt und über Land der benziner. Außerdem kann man beide gleichzeitig benutzen, wenn man mal viel Leistung braucht.

Wenn ich aber
überlege, wie schnell und wie weit man max. im reinen
E-Betrieb fahren kann, dann weiß ich, wo man in der Zukunft
noch viel verbessern muss.

deshalb wird die Batterie beim seriellen Hybriden permanent nachgeladen. Auf diese weise kommt man mit einer kleinen Batterie aus.

  1. Hat auch ein herkömmlicher Hybride eine Batterie

Ja, nur hat die eine zu geringe Kapazität.

Zu gering für was?

Ja eben, weil der E-Motor heutzutage noch viel zu schwach ist.

E-Motoren gibt es in allem möglichen Leistungskategorien. Dass die nicht „schwach“ sein müssen zeigt der Tesla.

  1. hat ein h.H. ein Getriebe, was ein serieller H. nicht
    zwingend braucht

Richtig. Aber was man am Getriebe bzw. an einem kleineren
Verbrennungsmotor an Gewicht sparen würde, ist nicht viel.
Gut, das Mehrgewicht des/der E-Motoren könnte damit wohl
ausgeglichen werden.

Es gibt sehr leichte leistungsstarke E-Motoren. So ein Motor wiegt nicht allzu viel. Außerdem brauchst Du bei einem E-Motor nicht die gleiche Leistung wie bei einem Benziner/Diesel, weil die Drehmomententfaltung ganz anders ist.

Hauptproblem ist aber heute noch die
Batterie.

Die kann beim Seriellen Hybriden klein gehalten werden, da sie ja permanent nachgeladen wird.

Das sieht man ja bei reinen E-Autos, die Dinger sind
teuer, schwer und haben eine zu geringe Kapazität.

Wenn sie permanent nachgeladen wird, kommt sie mit geringer Kapazität aus.

Zumal man
die angegebene Reichweite solcher Fahrzeuge im täglichen
Betrieb nicht nur im Winter deutlich verfehlt.

Wir sprechen von seriellen Hybriden, nicht von reinen E-Autos.

Gruß, Niels

#11

Hallo,

Sagt mal bitte, wenn ich einen E-Motor mit 100 kw Leistung
habe, bräuchte ich dann zum Betrieb auch einen Benzinmotor mit
mind. 100 Kw-Leistung?

Selbstverständlich nicht. Das wäre nur so, wenn Du permanent volle Leistung abrufst. Im Zweifelsfall also auf der Autobahn bei Vollgas („Vollelektro“).
Im normalen Überland- oder gar Stadtbetrieb betreibst Du den Motor nur mit einem Bruchteil seiner Maximalleistung. Bei 100 kW würde vermutlich ein Verbrennungsmotor von 10-20 kW reichen.
Um auf der Landstraße 100 km/h zu erreichen brauchst du beim besten Willen keine 100 kW.
Beim Ampelhalt lädt der Verbrenner die Batterie ohne dass Du Leistung entnimmst. Beim Bremsen vor der Ampel lädt Verbrenner und Rekuperation. Lediglich für den Kavalierstart beim Umschalten auf Grün brauchst Du für wenige Sekunden 100 kW. Das schafft dann die Batterie ohne Probleme.

Bräuchte ich für einen handelsüblichen PKW mit
Verbrennungsmotor und z. B. 100 KW Leistung für ähnliche
Fahrleistungen einen größeren oder kleineren E-Motor?

Das hängt davon ab, worauf Du wert legst. E-Motoren haben ihr höchstes Drehmoment bei niedriger Drehzahl. Dort sind sie allen Verbrennern deutlich überlegen. Bei Stadt- und Überlandfahrten kommst Du also mit weniger Leistung als der Verbrenner aus.
Willst Du hohe Geschwindigkeiten erreichen, brauchst Du ein Getriebe und ähnliche Leistung wie der Verbrenner.

Gruß, Niels

#12

Hallo,

Ja! Die Leistung fällt leider nicht vom Himmel.

hmm, gibt es jetzt auch einen „Leistungserhaltungssatz“? Der Verbrenner muss mehr Energie liefern als der E-Motor abgibt. Die Energie ist aber das Integral der Leistung über die Zeit. Die Leistung des Verbrenners kann also deutlich geringer ausfallen, solange nur das Integral größer bleibt. Im normalen Fahrbetrieb wird das schon mit einem relativ kleinen Verbrenner erreicht (außer bei permanenter Vollgasfahrt).

Gruß, Niels

#13

Ist das letztgeschriebene der Grund dafür, dass z. B. Diesellokomotiven weniger Leistung haben, als E-Loks?

Beispiel die Lok 218, 16 Zylinder, 2060 kw, Höchstgeschwindigkeit 140 km/h. Die triffst du auf allen Strecken, an denen (noch) Lokbespannte Personenzüge mit Dieselantrieb fahren. Sie ist die letzte Großdiesellok der DB.

Dagegen die Baureihe 143, E-Lok, Dauerleistung 3540 kW, also deutlich mehr. Höchstgeschwindigkeit hier: 120 km/h. (Lokdaten übernommen aus Typenkunde deutscher Diesel-/Elektrolokomotiven, transpress Verlag).

Mir war aufgefallen, dass die E-Loks durchgängig deutlich mehr Leistung haben, als die Dieselloks. Falls du dich mit deutschen Lokomotiven nicht auskennen solltest, die Westdeutschen Dieselloks sind alle Dieselhydraulisch/hydrodynamisch (mit 3-Gang-Automatikgetriebe) angetrieben.

Ist das von dir geschriebene der Grund für die höhere Leistung der E-Loks?

Grüße

Marcus

#14

Hallo Niels,

sehr interessant, deine Ausführungen!

Wenn man einen seriellen Hybrid bauen würde, mit einer aus Kostengründen relativ kleinen Batterie (vielleicht für 10 Minuten rein elektrischen Antrieb bei durchschnittlicher Leistung), dann wäre dieses Fahrzeug für den Stadt- und Überlandverkehr durchaus geeignet? Nur für die Autobahn und schnelle Fahrt ginge der Batterie recht bald die Puste aus?

Hmm… Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass auf den Autobahnen in den nächsten 20 Jahren Stromschienen verlegt werden? Wäre das eine Lösung?

Ein Verbrennungsmotor mit 10-20 kW hätte sicherlich

#15

hmm, gibt es jetzt auch einen „Leistungserhaltungssatz“? Der
Verbrenner muss mehr Energie liefern als der E-Motor
abgibt. Die Energie ist aber das Integral der Leistung über
die Zeit. Die Leistung des Verbrenners kann also deutlich
geringer ausfallen, solange nur das Integral größer bleibt. Im
normalen Fahrbetrieb wird das schon mit einem relativ kleinen
Verbrenner erreicht (außer bei permanenter Vollgasfahrt).

Ich bin bei meiner Antwort von dem im UP angesprochenen seriellen Hybrid mit relativ kleiner Batterie ausgegangen. Ich stimme dir zu, dass kurzzeitige Bedarfsspitzen durch die Batterie gedeckt werden und damit der Verbrennungsmotor kleiner ausfallen könnte.
Für längere Autobahnfahrten bei hoher Geschwindigkeit reicht dieser Speicher aber nicht aus, dafür muss der Verbrenner mehr Leistung liefern als der E-Motor aufnimmt.
Denn unter der Forderung „gleiche Fahrleistungen“ verstehe ich auch die Möglichkeit längerer Vollgasfahrten.

Ich hoffe, darauf können wir uns einigen.
Gruß Simon