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Mal nachrechnen

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  1. Mal nachrechnen

    Autor: AllDayPiano 05.02.19 - 09:05

    E = 1/2*m*v^2, bei 1,7t Gewicht und einem exemplarischen Bremsvorgang von 60 auf 0 ergibt das eine Energiedifferenz von 237kJ.

    Nachdem Maxwell gekauft wurden, nehmen wir den größten Kondensator, den die haben: BCAP3400

    Ideal hat er 4080 F (bei maximal 140A und 3V). 4,25Wh sind nutzbar gespeicherte Energie.

    C = 2*E/U^2 = 2*237kJ / 3V^2 = 158000F. Bei 4080 F pro Kondensator muss man also 40 Stück von diesen parallel schalten.

    Wichtig wäre auch zu wissen, dass das Ding nur 4 Jahre Lebensdauer hat und bereits nach nur 1300h auf 80% fällt. D.h. um über 4 Jahre überhaupt diese relativ kleine Energiemenge zu speichern, braucht es 20% mehr Kapazität. Damit wäre man bei 47 Kondensatoren.

    Wichtig ist auch, dass sich der ESR über 1500h verdoppelt, die Verluste sich also auch entsprechend deutlich vergrößern.

    Geht man von obigem Bremsvorgang aus, so erzeugt (ideal ohne Verluste) der Bremsvorgang von 60 auf 0 binnen üblichen 10 Sekunden bremsdauer P = dE/dt = 237kJ/10s = 23,7kW.

    I = P/U = 23,7kW / 3V = 7900 A (im Mittel!). Der Kondensator mag aber nur 140A. Alleine wegen des Stromes bedarf es also 56 dieser Kondensatoren. Nach dem der ESR aber im laufe der Zeit doppelt so groß wird, und damit auch die Verluste entsprechend doppelt so groß werden, muss, um das Szenario erfüllen zu können, die Kapazität verdoppelt werden. Es sind also in Summe 112 dieser Kondensatoren nötig.

    Jetzt ist es aber alles andere als trivial, so eine niedrige Spannung dieser Leistungsklasse zu erzeugen. Die Elektronik muss auf Grund der gigantischen Ströme sehr großzügig ausgelegt werden. Wenn das System hinterher mit 50% Wirkungsgrad läuft, dann wäre das schon super.

    Ich denke, damit werden die Dimensionen klar, die so ein System haben müsste, um wirklich sinnvoll zu speichern.

    Als Stützkondensatoren mag es funktionieren, um die Differenz zu überbrücken, die die Akkus nicht aufnehmen können, allerdings wird auch Anno 2019 ein Speicher, der wengistens ansatzweise praxisnah speichern soll, gigantisch groß, und aufwändig. 112 Kondensatoren, nur um auf für ein paar Jahre stabil eine normale Verzögerung in der Stadt zu gewährleisten, ist schon immernoch eine Hausnummer.

    Wenn man sich jetzt noch überlegt, dass die Ei-Loop Technik von Mazda mindestens 7-8 Jahre alt ist, und die Superkondensatoren damals noch richtig schlecht waren (im Vergleich zu den aktuellen Maxwell), dann kann man sich ja gut vorstellen, wie effektiv das Mazda-Marketing-Kondensator-Püfferchen in der Praxis funktioniert.

  2. Re: Mal nachrechnen

    Autor: confuso 05.02.19 - 09:18

    danke, wollte selber schon anfangen zu rechnen

  3. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Snooozel 05.02.19 - 09:22

    > Wenn man sich jetzt noch überlegt, dass die Ei-Loop Technik von Mazda
    > mindestens 7-8 Jahre alt ist, und die Superkondensatoren damals noch
    > richtig schlecht waren (im Vergleich zu den aktuellen Maxwell), dann kann
    > man sich ja gut vorstellen, wie effektiv das
    > Mazda-Marketing-Kondensator-Püfferchen in der Praxis funktioniert.

    Es funktioniert sehr gut denn gerade bei Start-Stop Automatik wird die Batterie stark entlastet und hält so deutlich länger.
    Und Autobatterien sind inzwischen Spezialteile und richtig teuer, teilweise muss ein Wechsel dieser sogar im Motorsteuergerät angelernt werden (keine Ahnung ob das bei Mazda auch so ist, bei VW ja) - also ab in die Werkstatt. Ruckzuck sind 400¤ weg.

  4. Re: Mal nachrechnen

    Autor: svlewe 05.02.19 - 09:31

    Dir ist klar das Maxwell auch noch andere Technologien hat wie Trockenelektroden.. vielleicht geht es eher um diese.

  5. Re: Mal nachrechnen

    Autor: AllDayPiano 05.02.19 - 09:34

    Was funktioniert sehr gut? Strom im Kondensator speichern? Ja - damit hat man ja auch über 100 Jahre Erfahrung.

    Oder beim Mazda 6? Da verspreche ich Dir, dass du die 0,1 Liter / 100km Unterschied (wenn überhaupt) gar nicht merkst.

    Abgesehen davon: Was denkst Du, wie viel 120 Kondensatoren nach 4 Jahren zum Austausch kosten? Ältere (der obige ist scheinbar noch gar nicht lieferbar) kosten ca. 50 Euro pro Stück! Lass es in Serie weitaus günstiger sein, und schlage wiederrum die üblichen KFZ Kosten drauf. Dann bist du locker bei 3000-6000 Euro für einen Austausch!

  6. Re: Mal nachrechnen

    Autor: AllDayPiano 05.02.19 - 09:36

    Zeig mir eine Alternative, die von der Energiedichte nur halbwegs dahin kommt.

  7. Re: Mal nachrechnen

    Autor: svlewe 05.02.19 - 09:43

    Man sei Tesla, man habe durch tausende Autos, die Daten auch hochladen können Millionen Kilometer an Fahrprofilen. Man simuliere eine Kombination und Interaktion von Kondensator und Batterie der Brems- und Beschleunigungsvorgänge. Man bemerke das in 80% der Fälle ein kleiner zwischenspeichernder Kondensator 10% Energieeffizienz bewirke. Man kaufe Kondensator Hersteller und beginne damit die Kondensatoren in die Autos zu integrieren.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 05.02.19 09:48 durch svlewe.

  8. Re: Mal nachrechnen

    Autor: ChMu 05.02.19 - 09:57

    Das wuerde ich gleich mal dem Musk schicken, dann kann er ein paar hundert Mio sparen. Ist ja ganz klar, das das gar nicht funktionieren kann, die deutschen Ingeneure wissen das schon seit immer.
    Zumal Du auch schon weisst, wofuer man diesen Deal machen will. Welche Produkte man wo und wofuer einsetzen will.
    Tatsaechlich der Totale Durchblick.
    Woher weisst Du ueberhaupt das das in Fahrzeugen genutzt werden soll? Was in Fahrzeugen genutzt werden soll? Es gibt keinerlei Informationen dazu, weder im Bericht noch von Tesla, schon gar nicht von Maxwell. Insider? Und nur mal rumgelabert?

  9. Re: Mal nachrechnen

    Autor: AllDayPiano 05.02.19 - 10:13

    Nettes Prosa. Aber Du hast eine Aussage in den Raum gestellt, die du auch begründen solltest, denn Deine Aussage entspricht einem Widersprechen.

  10. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Arsenal 05.02.19 - 10:13

    Es geht wahrscheinlich nur darum die Differenz bis die Akkus die Ladung annehmen zu überbrücken, alles andere wäre ziemlich übertrieben.

    Kondensatoren kann man im Übrigen auch in Reihe schalten, dann hat man plötzlich einen 180 V Kondensator und kommt dann auch unter die 140 A. Und mit solchen Strömen kommt man schon gut zurecht.

    Klar brauchen die dann ein Balancing, aber damit kennt sich Tesla zu genüge aus.

  11. Re: Mal nachrechnen

    Autor: AllDayPiano 05.02.19 - 10:14

    Bitte erstmal den Artikel lesen, bevor man gegenfeuert... Das hätte Dir 5 Minuten Tippen und mir 30 Sekunden lesen gespart. Danke.

  12. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Ach 05.02.19 - 10:14

    Oh, falsche Adresse, sry ChMu!



    2 mal bearbeitet, zuletzt am 05.02.19 10:16 durch Ach.

  13. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Ach 05.02.19 - 10:15

    Du hast das Einsatzfenster doch selber gerade definiert : Stützkondensator ist das Stichwort. Davon abgesehen gibt es noch mehr Aufgaben für so einen Kondensator als allein die Bremsenergie aufzunehmen. Praktisch kann er in jede Richtung die Spitzen abfangen und damit die Belastung der Batterien schmälern, sprich deren eh schon hervorragende Lebensdauer nochmals verlängern. Darüber hinaus tust du so, als wären die aktuellen Kondensatoren dieses Herstellers in ihrem Design und ihrer Auslegung für alle Zeiten eingefroren. Als ob man Kondensatoren nicht auf verschiedene Spannungen auslegen könnte oder ihre Kapazität anpassen, so ein Quatsch. Loben muss man dagegen die Berechnung. Die ist ein guter Ausgangspunkt in den man aber die in der Realität existierenden Möglichkeiten und Beweglichkeit einbinden muss.

  14. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Eheran 05.02.19 - 10:37

    >Als ob man Kondensatoren nicht auf verschiedene Spannungen auslegen könnte
    Das geht in dem Fall tatsächlich nicht, da es sich um "Ultra"Kondensatoren handelt. Deren extreme Kapazität beruht auf einer Technik, die keine hoheren Spannungen zulässt, vergleichbar mit einem Akku.

    Warum man die alle parallel schalten muss, und nicht auch in reihe, weiß derweil wohl nur der TO.

  15. Re: Mal nachrechnen

    Autor: AllDayPiano 05.02.19 - 10:54

    Ach schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Du hast das Einsatzfenster doch selber gerade definiert : Stützkondensator
    > ist das Stichwort.

    Schon richtig. Aber dann sollte er schon stützen und nicht ein Zahnstocher zur Verstärkung vom Holzbein sein.

    > Davon abgesehen gibt es noch mehr Aufgaben für so einen
    > Kondensator als allein die Bremsenergie aufzunehmen.

    Mir wäre kein sinnvoller bekannt.

    > Praktisch kann er in
    > jede Richtung die Spitzen abfangen und damit die Belastung der Batterien
    > schmälern, sprich deren eh schon hervorragende Lebensdauer nochmals
    > verlängern.

    Warum sollte man das tun? Der Zugewinn ist bei verhältnismäßigem Aufwand vernachlässigbar. Du vergisst, wie enorm viel Technik man zusätzlich hineinpacken muss, damit man die minimalen Puffereffekte überhaupt nutzen kann und was es kostet, 3V in einem Hochleistungspfad bereitstellen zu können. Das ist Starkstromtechnik. Und da ist nix mehr mit Kabeln.

    > Darüber hinaus tust du so, als wären die aktuellen
    > Kondensatoren dieses Herstellers in ihrem Design und ihrer Auslegung für
    > alle Zeiten eingefroren.

    Ich habe die Betrachtung schon damals gemacht, als Mazda mit seinem Kondensatorpuffer aufkam. Damals sah die rechnung zwar zugegeben noch viel schlechter aus, aber in den letzten 7 Jahren hat die Technik zwar signifikante Fortschritte gemacht, ist von einer realistischen Anwendung immernoch deutlich entfernt.

    > Als ob man Kondensatoren nicht auf verschiedene
    > Spannungen auslegen könnte

    Du wirst lachen: Genau das kann man nicht. Daran beißt sich die Forschung schon seit Dekaden, als die damals sog. Goldcaps erfunden wurden, die Zähne aus. Es liegt inhärent an der Art des Kondensators, dass er nur minimale Betriebsspannungen erlaubt. Wenigstens hat man die Dinger mittlerweile stromfest bekommen. Die ersten Goldcaps konnten nur einige mA Entladestrom überleben. Die jetzigen können richtig satte Ströme von (siehe oben des nicht verfügbaren Typs).

    > oder ihre Kapazität anpassen, so ein Quatsch.

    Wie willst Du denn die Kapazität anpassen? Wenn Du denkst, dass 4000F wenig wären, dann hast Du, mit verlaub, keinerlei Ahnung.

    > Loben muss man dagegen die Berechnung. Die ist ein guter Ausgangspunkt in
    > den man aber die in der Realität existierenden Möglichkeiten und
    > Beweglichkeit einbinden muss.

    Danke.

    Mir geht es überhaupt nicht, die Basis schlecht zu reden. Wenn Kondensatoren das leisten könnten, was man insgeheim von ihnen erwartet, bräuchte es keine Akkus mehr. Aber davon sind wir leider noch weit entfernt.

    Zugegeben: Mit einem Speicher von 36x36x80 cm kann man mittlerweile die Energie eines normalen innerstädtischen Bremsvorganges speichern. Dafür wäre vor 7 Jahren noch das zwei- bis dreifache Volumen nötig gewesen. Aber wenn man sich die Dimensionen des Speichers, und vor allem den aktuell extrem hohen Preis so vor Augen führt, dann scheint das aktuell alles andere als optimal.

    Ich möchte mit der Rechnung eines zeigen: Hersteller und Presse stellen solche Dinge oftmals als den Heilsbringer vor, und der erste Impuls ist ja auch "Hey, super Sache". Aber wenn man etwas nachbohrt, bröckelt die Fassade. Es ist doch gut, Dinge kritisch zu hinterfragen, und Grenzen auszuloten.

    Mehr möchte ich gar nicht.

    Und ob und inwieweit so ein Auto im Speicher sinnvoll ist, möchte ich gar nicht bewerten. Ich sage nur: Das was "wir" uns darunter vorstellen, ist es nicht.

  16. Re: Mal nachrechnen

    Autor: AllDayPiano 05.02.19 - 10:58

    Na schau Dir mal die Formeln für die Verkettung von Kapazitäten an. Dann wird Dir das ganz ganz schnell klar.

  17. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Ach 05.02.19 - 11:04

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Das geht in dem Fall tatsächlich nicht, da es sich um "Ultra"Kondensatoren
    > handelt. Deren extreme Kapazität beruht auf einer Technik, die keine
    > hoheren Spannungen zulässt, vergleichbar mit einem Akku.
    Via Reihenschaltung ist ja genauso gut, wobei man die dann nach wie vor auftreten könnenden Spannungsspitzen auch kaum per Überdimensionierung begegnen muss, sondern mit einer Zenner-Dioden-Spannungsbegrenzung von welcher man die Spannungsüberschüsse abschöpfen und wiederum über die eigentlichen Batteriezellen verteilen würde.

    > Warum man die alle parallel schalten muss, und nicht auch in reihe, weiß
    > derweil wohl nur der TO.
    Aus technischen Gründen ist die Begrenzung auf eine Parallelschaltung zwingend notwendig, weil man Teslas Einkauf eines Kondensatorenspezialisten ansonsten als technisch sinnvoll bezeichnen müsste.

  18. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Ach 05.02.19 - 11:07

    Man verliert zwar Kapazität, im selben Maße sinkt aber auch die Belastung/steigt die Lebensdauer.

  19. Re: Mal nachrechnen

    Autor: ChMu 05.02.19 - 11:15

    AllDayPiano schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Nettes Prosa. Aber Du hast eine Aussage in den Raum gestellt, die du auch
    > begründen solltest, denn Deine Aussage entspricht einem Widersprechen.


    Und was meinst Du damit?
    Warum sollen diese Kondensatoren ueberhaupt in Autos eingebaut werden? Maxwell macht doch was ganz anderes? Tesla baut nicht nur Autos.

  20. Re: Mal nachrechnen

    Autor: Aluz 05.02.19 - 11:35

    Einer dieser Caps (4080F @ 3V)
    Speichert 18.36 kJ an Energie.

    Selbstverstaendlich sind 3V und 7900A absolut uebertrieben und kein Ingineur wuerde das so in ein Auto einbauen. Das Erste was einfaellt ist: Reihenschaltung. Parallel macht hier einfach keinen Sinn.
    Nehmen wir einmal den halben maximalen Stom, den diese Kondensatoren akzeptieren um sicher zu sein. Also 70A Ladestrom. Gluecklicherweise wurde uns schon eine Leistungszahl gegeben, das sind die 23,7kW, welche ueber 10 Sekunden freigesetzt werden.
    Wollen wir 23,7kW bei einem 70A Strom laden brauchen wir eine Spannung von (P/I=V) 338.5V
    Das sind also mindestens 113 Kondensatoren in Reihe (Da sich die Spannungsfestigkeit addiert).
    Mit einem Sicherheitsfaktor von 10% kommen wir auf eher 125 Kondensatoren. Diese bieten dann eine Spannungsfestigkeit von 375V und eine Kapazitaet von 32.64F. Gesamtenergiekapazitaet belaeuft sich dann auf: 2,3 MJ (Megajoule) oder auch 0.639 kWh (Kilowattstunden).

    Fazit:
    1. Der begrenzte Ladestrom sogt dafuer, dass die Kapazitaet viel groesser ist als benoetig. Man braeuchte also eventuell Caps mit weniger Kapazitaet welche aber Stromfester sind. Mit dem Kauf der gesamten Firma ist aber R&D durchaus moeglich.
    2. Es ist technisch moeglich dies zu bauen (Mit Reihenschaltung, und balancing muss auch bedacht werden) und den Kondensator nur fuer die Bremsenergie zu verwenden. Es scheint aber Overengineering zu sein. Wahrscheinlich macht es mehr Sinn den Ladevorgang des Akkus bem Bremsen schonender und somit effizienter zu machen mit sagen wir 10-20% der Bremsleistung welche ausgeglichen wird.
    3. Ich glaube mit sowas baut man besser eine Railgun.

    Ich selbst wuerde aber auch argumentieren, dass Tesla gegebenenfalls auch Potential in zukuenftigen Ultracaps sieht und wie diese eventuell als Batterie verwendet werden koennten wenn die Technik weiterentwickelt wird. Es geht hier also auch Eier in allen Koerben zu haben.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 05.02.19 11:37 durch Aluz.

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