Vergleich Diesel Elektro < Sonstiges < Hochschule < Mathe < Vorhilfe
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Hallo.
Wir sitzen im Augenblick an einer kleinen Projektarbeit fürs Studium und ich habe ein Paar Fragen.
Es geht darum ein Programm zu schreiben, mit welchem man den Energieverbrauch eines Diesel und eines Elektrofahrzeuges auf einer vorgegebenen Teststrecke vergleichen kann.
Im Grunde sind wir so weit gekommen, dass unser Programm ausrechnet. Wie viel Joule ein 1500kg schweres Gerät, mit dem und dem Rollwiederstand, und dem und dem Luftwiederstand auf der vorgegebenen Strecke verbraucht.
Unser einziger Unterschied ist bis jetzt, dass der E Motor beim bergabfahren aufgrund der kinetischen energie Seine Baterien wieder ein bisschen Aufladen kann. Allerdings konnten wir noch nicht die Nennleistungen mit einbeziehen. Zu den Nennleistungen steht nun folgendes in der Aufgabe:
Dieselmotor: Der Motor sei für die Nennleistung Pn konstruiert und mit einem automatischen Getriebe ausgerüstet, welches den Motor stets im günstigen Arbeitsbereich hält. Der Moto lässt sich als ideale Wärmekraftmaschine annehmen. Der Wirkungsgrad beträgt 40% und es gibt mechanische Verluste in höhe von 20% der Nennleistung. Bei Bremsvorgängen läuft die Maschine weiter und es müssen lediglich die eigenen mechanischen Verluste kompensiert werden.
Elektromotor: Der E Motor hat eine Nennleistung von Pn, einen konstanten Wirkungsgrad von 85% und einen Wirkungsgrad von 80% was die Lade-und Entladevorgänge der Batterie betrifft.
Nun sollen drei Fahrzeugklassen mit Pn = 30, 50 und 60 kW verglichen werden.
Also unser Problem sieht wie Folgt aus. Sagen wir der Dieselmotor bringt 30kW auf die Straße. Das bedeutet ja, das die mechanischen Verluste bereits vorher abgezogen wurden und hier keine Rolle mehr spielen. Wir sind so weit zu sagen, das er konstant mit 30kJ in der Sekunde läuft. Wir haben dann also 30*Zeit gerechnet und unseren Wert für den Verbrauch dann von diesem abgezogen. Aber irgendwie kann das nicht sein, denn wie machen wir das ganze dann mit dem E-Motor. Wenn es richtig wäre würde das ja bedeuten das es viel unwirtschaftlicher ist ein EMotor zu haben.
Wir wissen einfach nicht wie wir die Nennleistung mit verwurschteln sollen. Die ganze Aufgabe ist in sich nicht schlüssig und wir zermartern uns schon den Kopf wie man das anders verrechnen könnte.
Vielleicht könnt ihr mir ja helfen. Es fehlt mir vor allem an der Logik momentan.
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 00:05 Di 08.11.2011 | | Autor: | leduart |
Hallo
die Nennleistung des Motors ist im normalen sprachgebrauch nicht die, die er auf die Strasse bringt, da gehen noch die 20% verlust für die Mechanik davon ab.die er auch noch beim bremsen aufbringen muss.
der energieverbrauch ist aber höher als nennleistung mal Zeit, denn er arbeitet nur mit 40% effektivität, also hat man die energie E verbraucht ,dann hat das Gesamtauto nur 0.4 E abgekriegt, und davon sind für die mechanik noch 20% Verlust. von der eingesetzten Energie kommt also nur 0.8*0.4*E auf die Straße. also nur 32%! Bein E Auto dagegen mit Direktantrieb der Räder ohne getriebeverlust kommt 85% der energie auf die Straße.
dazu kommt , dass man energie gewinnt beim Bremsen, und dabei der Motor 0 Energie einsetzt. wenn man aso ne normale Stadtfahrt - nicht 30 Min konstantes v ansetzt müsste der Diesel schlechter wegkommen.
(Wenn man ehrlich sein will müsste man beim e- ato aber noch berechnen, mit welcher effektivität man die el. energie hergestellt hat, fals man auch diesel dazu verbrennt sieht es schlecht aus, wenn man es aus windkraft oder soarzellen hat besser.)
ich hoffe, das hilft euch. Allerdings solltet ihr euch erkundigen , ob die 30kW auf der Strasse ankommen sollen, oder vom Motor abgegeben werden, also 20% weniger auf der Strasse.
Bei gegebenem Luftwiderstand solltet ihr auch die mögliche Maximalgeschw. bestimmen, die ja von der Leistun abhängt.
Gruss leduart
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Danke, das hilft mir schonmal sehr viel weiter. Also gehen wir mal von 30kW aus. das wären dann 75kW Energie welche er im Vorfällt hat. Davon 40% sind dann die 30kW Nennleistung und davon dann 20% mechanische Verluste, sprich....es kommen 24kW auf die Straße.
Beim Elektromotor kommen dann bei 30kW und Wirkungsgrad von 85% 25.5kW auf die Straße.
Ich hoffe das ist so weit richtig.
Kann ich nun bei einer Zeit von sagen wir 1000 Sekunden davon ausgehen, dass der Diesel bis dahin 1000*75 = 75000kW Verbraucht hat und das Elektrofahrzeug 1000*30 = 30000kW?
Weiter kommen dann durch diverse Bremsvorgänge und Abfahrten Energiedifferenzen zustande, welche dann mit einem Wirkungsgrad von 85% dem Elektromotor zu gute kommen.
Jetzt haben wir vorher durch diverse Energieformeln den Energieverbrauch auf der Strecke berechnet. bislang für beide Fahrzeuge gleich. (Bis auf die Tatsache das das E Fahrzeug beim Bremsen Energie zurückgewinnt)
Wie verrechne ich die Werte welche ich rausbekomme jetzt vernünftig um eine Aussage treffen zu können.
Also sagen wir ich habe einen Verbrauch von ca. 4650 kJ bei einer Geschwindigkeit von 50km/h raus. Durch die zurückgewinnung macht das dann 4390 kJ für den E Motor.
Kann ich dann 75000 - 4650 = 70350kJ und 30000 - 4390 = 25610kJ rechnen?
Das wäre doch Schwachsinn, weil das ja implizieren würde, das der Verbrauch vom E Motor größer würde, ja mehr Energie ich zurückgewinne.
Mir fehlt da ein logischer Zusammenhang.
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| Status: |
(Antwort) fertig | | Datum: | 11:58 Di 08.11.2011 | | Autor: | leduart |
Hallo
Was du falsch machst ist, dass das auto zwar maximal 30kW hat, dass es das aber ja nicht unbedingt bei jeder geschwindigkeit einsetzt.
ohne die beschleunigung von 0 auf 15m/s zu berücksichtigen müßt ihr für die Fahrt mit konstantem v nur die Reibungskraft [mm] F_r*s [/mm] als eingesetzte Energie rechnen, für die auf die Straße abgegebene Leistung also nur [mm] F_r*v
[/mm]
bei mir gibt ne grobe abschätzung bei 15m/s, einer Querschnittsfläche von [mm] 3m^2 [/mm] und [mm] c_w=0,5 [/mm] rund [mm] F_r [/mm] zwischen 300N und 400N das wäre bei 15m/s=54km/h eine Leistung von 400N*15m/s=6kW etsprechend mit euren Werten.
Diesel: um 6kW auf die straße zu bringen: 6kW/0.8 Motorleistung, damit, wegen der 40% Energie pro s 6KW/(0.8*0.4)=18,..kW und dann eure 1000s.
die 30kW die der Motor leistet könnt ihr nur bei der maximalgeschw. oder und beim Beschleunigen rechnen.
Euer Fehler ist unabhängig von Geschwindigkeit und Beschleunigungsprozessen zu rechnen.
Selbst wenn ihr nur Radfahrt, solltet ihr wissen, dass die aufgebrachte Leistung von der Geschw. abhängt.
Stellt erst mal nen Plan auf: am besten nicht nach Zeit, sindern nach gefahrener Strecke.
sowas wie Stadtfahrt: Anfahren, auf 15m/s beschl. 300m fahren, bremsen langsamer fahren, wieder beschl usw. Nur dann kriegt ihr ein passables modell für die Stadt.
Landstraße und Autobahnfahrten wird der Diesel etwas günstiger gegenüber der Stadt, weil das E Auto weniger zurückspeichert.
Meine Rechng oben ist nur ein Beispiel, die müßt ihr mit euren Daten machen-
Ausserdem solltet ihr euch wirklich erkundigen ob die 30kW für die leistung, die auf die Straße gebracht wird gilt, oder für den Motor alleine.
Gruß leduart
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Oke, also unser Model ist schon ziemlich ausgereift.
Ich kann ja mal eine Schleife hier aufführen
" while s3<=200 do
begin
s3 := 0.5*a2*t*t;
E3 := (0.5*A*Cw*Pl*(v-a2*t)*(v-a2*t)+(mue*mf*g))*((v-a2*t)*deltat);
t := t+deltat;
hilf3 := hilf3 + E3;
end;
Zeit3 := Zeit3 + t;
t := 0;
"
Davon haben wir 9 Stück mit unterschiedlichen Energiegleichungen, je nach dem welche Strecke er wie fährt.
deltat ist eine Variable, welche dazu führ, das beim Einsetzen immer kleinerer werte eine Immer genauere Abschätzung entsteht. Die Gleichungen sind alle abhängig von der Geschwindigkeit. Die Zeit wird mitunter berechnet, die Strecke sowie querrschnitt, cw, masse usw sind gegeben.
Diese 9 Schleifen haben wir dann noch einmen für 80% und 120% der Sollgeschwindigkeit, welche ja vorher vom User eingegeben werden muss.
Wenn es jetzt doch so ist, das wir unsere Energie in kW umrechnen, kommen wir bei signifikanten Daten wie 50,70 oder gar 100 kmh doch niemals an die Grenze der Nennleistung. sprich: es gibt keine Unterschiede im Verbrauch egal ob das Auto jetzt eine nennleistung von 30, 50 oder 70kW hat.
Kann man das so sagen. Die strecke ist relativ Ereignislos. konstant beschleunigen, konstant fahren, konstant bramsen.....das ganze 3 mal wiederholen, Dann die selbe Prozedur mit 4% Steigung und 4% gefälle, und dann wieder auf der ebenen Strecke.
Danke übrigens nochmal. Wäre nett wenn du uns noch einmal helfen könntest.
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| Status: |
(Antwort) fertig | | Datum: | 13:11 Di 08.11.2011 | | Autor: | leduart |
Hallo
am Anfang hast du 20% Verlust der Nennleistung für die Mechanik. d.h. euer 70kW würde 14kW für die Mechanik brauchen, euer 30kW nur 6kW. Ob das realistisch ist weiss ich nicht, aber das ist offensichtlich der Mindestverbrauch wenn man von den angaben ausgeht. Rein theoretisch sollte bei sonst gleicher auslegung das stärkere auto auch bei gleicher geschw. und masse nicht mehr energie für die eigentliche Bewegung brauchen. Nur ob der 70kW diesel und der 30kw Diesel dieselbe masse haben bezweifle ich.
Deine Rechnung bersteh ich nicht.
was ist v in der Schleife? soll das ein Bremsvorgang oder ne Beschl. sein?
wo rechnet ihr den wahren Energieverbrauch aus? falls das ein bremsvorgang sein soll wieso wird die 200m unabhängig von a vorgegeben. usw.
Wenn ich das beurteilen soll mußt du genau sagen, was die Schleife tut
Es ist besser erst mal in Worten+ Gleichungen zu sagen, was die Schleife ausrechnen soll.
am Programm ist schon mal schlecht, dass ihr den computer sehr oft
0.5*A*Cw*Pl und [mm] m*m_f*g [/mm] ausrechnen lasst. die gehören als k1 und k2 an den Anfang des Programms, nicht in ne Schleife!
Gruss leduart
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Hab die mal in k1 und k2 umgeschrieben. Die Energiegleichungen an sich haben wir uns schon vom Prof absegnen lassen.
Hier mal eine kleine Grafik von einem Vergleich mit 50kmh, 30kW und exakten werten auf unserer Teststrecke:
http://img208.imageshack.us/img208/518/vergleicho.jpg
Ist das so korrekt, oder fehlt da noch etwas?
Die oben gepostete Schleife Beschreibt die Berechnung des Energieverbrauchs bei einer Bremsung.
v ist die Geschwindigkeit v0, welche vor der Bremsung vorherrschte.
Also quasi:
Wärend die Strecke s3 := 0.5*a2*t*t kleiner ist als 200, berechne folgende Gleichung E3 := (k1*(v-a2*t)*(v-a2*t)+(k2))*((v-a2*t)*deltat).
t läuft hierbei wie folgt mit t := t+deltat.
Nun hat man eine Gleichung, welche zu jeder Zeit t + deltat den Momentanen Energieverbrauch ausspuckt. Um diese werte aufzuaddieren muss eine hilfsvariable eingesetzt werden hilf3 := hilf3 + E3.
Es gilt: je kleiner deltat, desto kleiner sind die Auswertungsschritte, desto genauer ist die Rechnung.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 21:40 Di 08.11.2011 | | Autor: | leduart |
Hallo
Zum Bremsvorgang: berechnet ihr vorher welches a man braucht um auf 200m zu bremsen?
zum Diagramm das scheint mir richtig. Aber es kommt ja auf die realistische "Teststrecke an und 200m Bremsweg, unabhängig von [mm] v_0 [/mm] scheint mir eigenartig.
Ihr solltet euren prof fragen, wie genau er die 30 usw kW meint und die 20% mech Verluste von der Nennleistung.
Gruss leduart
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Danke, wir werden unseren Prof mal fragen wie genau er das jetzt meint.
Ja, die Beschleunigung für den Bremsweg haben wir vorher berechnet sie wird festgelegt aus: (v*v)/(400)
Das v steht grundsätzlich immer für v0 in unserem Programm.
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Eine weitere Frage:
Wir möchten dem User eine Nachricht übermitteln, das (falls er absurde Werte für PS und v eingibt) sein Auto nicht in der Lage ist den Kurs zu bewältigen. Ich habe mir dazu überlegt, es reicht an einer stelle zu Prüfen, nämlich da, wo der Energieverbrauch am größten ist. Das ist der Fall bei Beschleunigung + Steigung.
Ich muss also zunächst den kW wert in abhängigkeit von der Geschwindigkeit ermitteln, welcher an dieser Stelle benötigt wird. Hierzu steht mir die an der Stelle vorherrschende Energiegleichung zur Verfügung:
Emax := ((0.5*Cw*A*Pl*(a1*t)*(a1*t))+(mue*mf*g)+(mf*a1)+(mf*g*((1)/100)*4))*Strecke
Da ich annehme, dass er bei a1*t = v den größten Energieverbrauch hat setze ich ein:
Emax := ((0.5*Cw*A*Pl*(v)*(v))+(mue*mf*g)+(mf*a1)+(mf*g*((1)/100)*4))*Strecke
Das ist nun die Energie, welche er bergauf kurz vor dem erreichen von vmax verbraucht hat. Nun muss die Strecke definiert werden. da mich die Energie pro Sekunde (Watt) interessiert, schaue ich wie viel meter er in der Sekunde vorm erreichen von vmax absolviert. Also:
Pmax := ((0.5*Cw*A*Pl*(v)*(v))+(mue*mf*g)+(mf*a1)+(mf*g*((1)/100)*4))*v
meine zweite gleichung, da Pmax < grenz sein muss, lautet doch:
kW (welche vorher eingegeben wurden vom User) * 0,8 (um die mechanischen Verluste mit zu berücksichtigen) * 1000 (um auf Watt zu kommen)
Daraus folgt also:
Pmax := ((0.5*Cw*A*Pl*(v)*(v))+(mue*mf*g)+(mf*a1)+(mf*g*((1)/100)*4))*v < grenz := kW*0,8*1000
Allerdings kommen da dann relativ absurde Werte raus. Wenn ich beispielsweise 150PS und 230km/h eingebe (durchaus realistisch) kommt bei mir folgendes raus:
grenz: 88259 W
Pmax: 807272 W
Das ist natürlich falsch. Aber woran liegt das? Was ist mein Fehler?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 22:22 Fr 11.11.2011 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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| Status: |
(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 18:20 Fr 11.11.2011 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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