Könnte man so Elektroautos und deren Fahrreichweite erheblich erhöhen?

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10 Antworten

Nein das klappt nicht.

Ein Grund ist konstruktionsbedingt und der wichtigere ist simple Physik.

Der "erste Akku" ist eigentlich ein ganzer Satz der eh schon das komplette Auto einnimmt. Aufgrund der hohen Leistungsaufnahme müssen viele Akkus in Reihe parallel geschaltet werden. Für einen zweiten Satz wäre dem aktuellen Technikstand nach garkein Platz.

Der zweite Grund ist der Wirkungsgrad. Der zweite Akku hätte drei Energievernichter zu füttern. Das Fahren selbst, den Dynamo (spuckt weniger Energie aus, als man ihm zuführt, der Rest wird aufgrund von Reibungsverlusten etc. in Wärme umgewandelt) und das Laden des ersten Akkus durch den Dynamo (nimmt weniger Energie auf, als man ihm zuführt - der Rest wird im chemischen Prozess in Wärme umgewandelt). Der zweite Akku hätte also wesentlich mehr Sinn, wenn man ihn einfach zum Fahren nutzt, da beim Laden des ersten Akkus durch den Dynamo nur ein kleiner Teil der Energie, die der zweite Akku via Motor und Antriebsstrang dem Dynamo zuführt (das ist das, was aus dem zweiten Akku an Mehrleistung rausgesaugt wird) wieder im ersten Akku ankommt.

Rechenbeispiel: Akku 1 hält 600km. Akku 2 ist genauso groß. Akku 2 übernimmt, muss aber den Dynamo mit antreiben. Durch die Energie, die er dazu extra aufwenden muss, hält er aber nur 300km. Der erste Akku wird dabei nur 20% geladen. Ist Akku 2 leer, greift der 20% geladene Akku 1 wieder und schafft 20% von 600km, also 120km, Dein Reichweitengewinn durch Akku 2+Dynamo wäre also 420km. Nur mit Akku 2 als Ersatz könntest du aber 600 Extra-km gewinnen.

Elektroautos haben aber trotzdem einen Dynamo, nämlich den Motor, der beim Bremsen umgekehrt wird. Statt die Energie einfach durch die Bremsen zu vernichten (in Reibungswärme und Bremsstaub umzuwandeln), erzeugt der Motor dann wieder Strom, wodurch er einen Widerstand erzeugt, der das Fahrzeug bremst. Die Energie wird wieder den Akkus zugeführt. Nennt sich Energierückgewinnung oder Rekuperationsbremse. Die kann zwar nicht alle bislang in die Beschleunigung und den Vortrieb gesteckte Energie zurückgewinnen, aber zumindest einen Teil davon.

Dass Hybride wie der Prius den Akku auch mit dem Verbrennungsmotor laden, liegt, außer dass sie müssen, weil sie keinen Stecker zum Laden haben, an folgendem Effekt: Die Hybriden haben ein sogenanntes CVT-Getriebe, ein stufenloses Getriebe das trotz gleicher Drehzahl die Geschwindigkeit variieren kan. Diese gleiche Drehzahl kann so gewählt werden, dass der Verbrennungsmotor immer im idealen Arbeitsbreich ist (ein Verbrennungsmotor funktioniert bei bestimmten Drehzahlen sehr effizient und bei niedrigeren und höheren weniger). Der Mehrverbrauch beim Gleiten (gleiche Geschwindigkeit) ist aufgrund der idealen Drehzahl relativ gering. Er ist da, aber im Vergleich zum Gewinn der Unterstützung beim Anfahren und anderen Vorteilen so gering, dass man beim Gleiten auch noch etwas Strom fürs nächste Anfahren mit erzeugen kann. Natürlich haben auch Hybride eine Rekuperationsbremse.

Ein Dynamo (Generator) erzeugt zwar genauso viel Energie, wie man an mechanischer Energie reinsteckt, aber ein Teil davon ist z.B. Wärme durch Reibung etc. Nennt sich Energieerhaltungssatz. Das, was wirklich als elektrische Energie rauskommt, nennt sich Wirkungsgrad. Der ist immer kleiner als 100%. Damit deine Idee funktioniert, müsste der Wirkungsgrad gleich oder gar größer als 100% sein, was aber hieße, dass plus parasitärer Energie wie Wärme mehr Energie erzeugt als reingesteckt werden müsste. Das ist das unmögliche Perpetuum Mobile.

Die Energie die gebraucht wird um den Dynamo anzutreiben ist größer als die um die der zweite Akku geladen wird (Wirkungsgrad). Du hast damit also im Endeffekt eine geringere Reichweite. 

Du beschreibst damit das Grundprinzip des Hybridantriebes. Nur brauchst Du dazu keine zwei Batterien. Es genügt ja, dass eine Batterie regelmäßig wieder aufgeladen wird während der Fahrt. Mit einer ungeladenen Batterie zu starten, wäre eine pure Energieverschwendung bzw. eine Reichweitenverkürzung, weil dabei eine nutzlose Masse durch die Gegend transportiert wird. 

Die tankstellenfreie Reichweite bei gegebener Technik, Strecke und Fahrweise bemisst sich am gesamten geladenen Energievorrat beim Start: Chemische Energie des geladenen Treibstoffes plus elektrochemische Energie des geladenen Akkus.

Wenn Du während der Fahrt mit dem Verbrennungsmotor den Akku auflädst und dann elektrisch weiter fährst, verbrauchst Du deutlich mehr Treibstoff wegen der zusätzlichen mehrfachen Energiewandlungen, als wenn Du direkt mit dem Verbrennungsmotor fährst. Mit anderen Worten: Mit dem Hybridprinzip verkürzt Du die Reichweite.

dompfeifer 03.07.2017, 11:51

Entschuldigung, ich habe die Fragestellung etwas zu flüchtig gelesen. Wenn Du nur über einen Elektroantrieb verfügst, kommst Du natürlich ohnehin nur bis zur nächsten Ladestation. Und wenn Du während der Fahrt die elektrische Ladung auch noch zwischen zwei Batterien hin und her schiebst, erzeugst Du sinnlose Wärmeverluste. Damit wird die Reichweite auch verkürzt.

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volker79 03.07.2017, 19:31


Mit dem Hybridprinzip verkürzt Du die Reichweite


Das ist etwas zu sehr mit Scheuklappen betrachtet. Aus der Sicht eines Physikers überführt ein Hybridantrieb eine Form von potentieller Energie (Kraftstoff mit Energiegehalt) in eine andere Form potentieller Energie (elektrische Energie). Das ist ineffizient und verkürzt die Reichweite.

Praktisch gehören aber zwei Faktoren zum Laden eines (recht kleinen - daher dauert der Spuk nie lange) Hybrid-Akkus:

  • Die Rückgewinnung von Bremsenergie (Rekuperationsbremse)
  • Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine nach Otto (Diesel sind recht ungeeignet, da sie das Abschalten im reinen EV-Betrieb nicht so gut wegstecken, da ein Diesel weniger schnell warm wird - aber auch hier gilt das Gleiche, auch hier gibt es ein besonders effizientes Drehzahlband), der bei bestimmten Drehzahlen besonders hoch ist.

Die Rückgewinnung von Bremsenergie ist erst mal nichts ineffizientes sondern etwas effizentes das reine Verbrenner nicht haben.

Das Laden des Akkus mit dem Verbrennungsmotor ist erst mal eine verlustbehaftete Umwandlung von Energie und somit eigentlich physikalisch ineffizient. Da sie aber dann stattfindet, wenn der Motor (CVT-Getriebe mit stufenloser Übersetzung sei Dank) ohnehin in seinem effizientesten Drehzahlband unterwegs ist. Da kostet das kaum mehr Sprit, man nutzt einen recht hohen Wirkungsgrad, der rein mechanisch übertragen kaum an der Straße ankommt mit und kann so mit recht wenig parasitärem Effekt recht gut den Akku laden, bei minimalem Mehrverbrauch.

Beim Gleiten auf der Autobahn erhöht sich der Verbrauch im Vergleich zu einem Verbrenner leicht, das liegt aber nicht am Laden (der Spuk dauert bei Hybriden nicht lange), sondern am mitgeschlepptem Mehrgewicht für Akkus und Elektromotoren.
Aber auch eine mechanische Bremsenergierückgewinnung z.B. mittels Schwungmasse würde dieses Mehrgewicht bedeuten und hat höhere Verluste in der Speicherung als ein Akku.

Beim Beschleunigen haben Elektromotoren einen sehr hohen Wirkungsgrad und bauen ihr maximales Drehmoment schon ab der ersten Umdrehung auf. Im Stop&Go (Kombi aus Anfahren nur mit Elektromotor oder elektrisch unterstützt, an der Ampel ist der Motor aus, sowie der Bremsenergierückgewinnung) ist der Hybrid-Vorteil so groß, dass der Verbrauch sinkt. Da das Leben meist aus Ampeln und Staus besteht, trumpfen Hybride hier auf und verbrauchen weniger.

Der Durchschnittsverbrauch ist somit im Alltag niedriger und die Reichweite höher.

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solche Ideen hatten schon viele. Einer wollte einen großen Ventilator auf ein Segelschiff bauen und sich mit dem Wind fortbewegen.
Ein anderer wollte sich selbst an den Haaren aus einem Sumpf ziehen.

Der Segler ist fast erfroren (Wind war zu kalt) und letzterer ist doch abgesoffen.

Solche Maschinen nennt man Perpetuum-Mobile. Es ignoriert und widerspricht  dem Energieerhaltungssatz der Physik.

Deine Batterien würden sich schon aufladen, wenn es immer nur bergab gehen würde. Der kleinste Hügel benötigt aber Energie. Woher soll die kommen? Selbst auf gerader Strecke benötigt man zur Fortbewegung Energie und die steht dann zum Aufladen nicht mehr zur Verfügung.

Bezweifle das du während der Fahrt mit einem der Akkus bzw mit den Dynamoprinzip soviel Strom erzeugen kannst das der andere Geladen wird und dann voll ist während der andere dann leer ist. Aber die Idee ist nicht schlecht^^..

Wie die anderen schon schrieben: Ein perpetuum mobile gibt es nicht, Energie lässt sich nicht einfach so irgendwo herholen. Du brauchst ja schon erhebliche Energiemengen, um den Wagen zu bewegen. Was soll da noch übrig bleiben, um die andere Batterie zu laden.

Was es aber gibt, ist Rekuperation: in dem Moment, wo du den Fuß vom Gas nimmst, weil du den Wagen rollen lässt, wird der Motor zum Generator und lädt die Batterie wieder auf. Das ist so aber üblich in jedem Elektrofahrzeug.

Der Dynamo frisst mehr Strom von der einen Batterie, als er auf der anderen erzeugen könnte, deswegen würde das einfach bedeuten, dass man Strom verschwendet.

Lernt man aber alles in Physik mit dem Energieerhaltungssatz in der 10. glaub ich ^^

THWFanGER 01.07.2017, 15:48

Nope .. Thema in der 10Klasse bei mir war Atomkraftwerke.. ^^ Mehr gabs net ..

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THWFanGER 01.07.2017, 15:49

Kann aber auf jeder Schule anders sein ;)

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kugeldusch 01.07.2017, 15:55
@THWFanGER

Also ich glaub bei mir war das am Gymnasium in der 10. zusammen mit Mechanik, aber ja hängt auch davon ab, wie sehr sich der Lehrer an den Lehrplan hält ^^

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Xyrith 01.07.2017, 15:49

Ein Dynamo ist ein Stromerzeuger kein Stromverschwender?



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kugeldusch 01.07.2017, 15:54
@Xyrith

Man könnte sich mal ein anderes System ausdenken: In einem Raum ist nur eine Lampe nen Solarpanel und nen Akku. Der Akku betreibt die Lampe, die Lampe gibt Strom für das Solarpanel und das Solarpanel lädt den Akku auf. Da keines dieser Bauteile eine 100%ige Effizienz hat führt das dazu, dass der Akku einfach immer leerer wird und nicht gleich voll bleibt, geschweige denn voller wird.

Wenn du einen Dynamo an ein E-Auto klemmst um seinen Akku aufzuladen, machst du im Prinzip das gleiche, weil der Dynamo nicht die komplette Energie umwandeln kann und deswegen verbraucht er im Endeffekt nur Strom.

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guenterhalt 02.07.2017, 09:09
@Xyrith

Stromerzeuger ist schon richtig. Aber er hat drehende Teile, die irgendwie gelagert werden müssen. Auch in Kugellagern entstehen Reibungsverluste, es entsteht Wärme. Der Rotor muss die umgebende Luft bewegen, die Drähte eines Dynamo haben einen Widerstand gegen den erzeugten elektrischen Strom. Der erwärmt die Drähte. All das ist Energie die nicht zum Laden eines 2. Akku zur Verfügung steht. Die ist nicht "weg", aber eben nicht nutzbar.

Früher oder später ist dann die gesamte Energie in eine andere Form übergegangen, was auch durch die Fortbewegung des Autos geschieht.

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Christophror 01.07.2017, 15:53

Aber damit dieser Dynamo Strom erzeugen kann muss er von etwas angetrieben werden.  Das wäre in diesem Fall Strom. Also würde er von Strom angetrieben werden und dann wieder Strom produzieren. Nur wird auch noch ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt.

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die frage issn scherz - oder ?

der "dynamo" belastet den ersten akku mehr als er in die 2. batterie speichert

d.h. die reichweite verringert sich (deutlich)

Lach...und mit welcher Energie bewegst du dein Auto? Das geht sicherlich, aber die Ladung gegenseitig wird immer weniger, bis der Wagen dann leer ist oder die Akkus 

Xyrith 01.07.2017, 15:48

Im Prinzip denke ich, dass sich am Schluss trotzdem die Reichweite erhöht hat oder nicht.

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Klonk 01.07.2017, 16:03
@Xyrith

Könntest du die Energie ohne Verluste zwischen kinetischer und elektrischer umwandeln (also einfach nur mit Akku 1 Akku 2 laden, ohne ein Auto zu bewegen), hättest du danach auch nur die Ladungen der Akkus getauscht.
Du brauchst allerdings jetzt einen großen Teil der Energie, um dein Auto zu bewegen, außerdem wird ein Teil der Energie bei der Umwandlung in Wärmeenergie umgewandelt und damit praktisch nutzlos für deine Zwecke.
Du hättest also einen zum kleinen Teil geladenen Akku 2, allerdings wäre Akku 1 auch viel schneller leer, im Endeffekt würdest du durch den zusätzlichen Energieverlust durch Wärmeentstehung  eher Verlust machen.

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Christophror 01.07.2017, 15:55

Du kannst nicht einfach Energie aus dem nichts holen. Im Endeffekt muss man IMMER mehr Energie reinpumpen oder den Energieverbrauch senken.

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