Электромобиль в цифрах.

[n0153]

Всем привет. Здесь впервые, но вообще болею этой темой давновато, лет больше 20 - это точно, с тех пор как в парке имени отдыха впервые прокатился на детской машинке сваренной из подручного металлолома(90-ые же!). И она была электрической, да. Ближе к теме - очень меня интересует в цифрах, сколько и что может проехать. Огромное количество интересых идей упирается в цифры, причем иногда упирается совершенно неоднозначно.

Если по ускорению всё более менее понятно - берем кинетическую энергию, мощность, вычитаем КПД и всё видим - на каком моторе какую массу мы можем разогнать сколько раз и до скольки и в какие ампер-часы это выльеться. И там все более менее радужно. А вот как посчитать накат всегда было не ясно и я допускал всякие оптимистические допущения

И каково же было моё разочарование, когда я провел замеры т.н. свободного выбега. Volvo 440 c 80 до 50 км/ч замедляется ну в среднем за 35 секунд. что интересно(и совершенно закономерно) - с 50 до 40 ей нужно уже целых 18 секунд. Но эти скорости не так актуальны. Начал я расчеты и что я вижу:

$ \frac { \left(\frac {1000 \cdot 80^2} {2} - \frac {1000 \cdot 50^2} {2}\right)}{35} \approx 55714 $

ужасная цифра! 55кВт просто на трение! то есть я вычел две кинетические энергии и разделил на время, с целью получить мощность. массу принял за тонну - в документации так написано, думаю так и есть, точно не меньше.(здесь надо заметить, что Вт и Дж/с - это одно число)
Моя картина мира честно говоря перевернулась с ног на голову. начал думать, куда уходит энергия, трение качения? как бы не так:

$1000 \cdot 9.8 \cdot 0.015 \cdot 22 \approx 3234$
(мощность трения качения для скорости 80км/ч)

остается трение в трансмиссии и вязкое трение в смеси газов. Второе полагаю более вероятным, узнаю Cx - 0.35, считаю:

$\frac {1.2 \cdot 80^2} {2} \cdot 1.65 \cdot 1.35 \cdot 0.35 \cdot 22 \approx 65862$

это для скорости 80. то есть в общем-то сходится, учитывая что зависимость квадратичная и площадь фронтального сечения я считал мизинцем левой ноги, скинув "немножко" с высоты и ширины и перемножив. Замеры мои тоже не ювелирны - где-то уклон в 0.1 градуса, где-то кнопка на секундомере нажалась со второго раза, где-то GPS чуть залип.

в этом месте следует огорчиться, сказать что самодельный электромобиль экономически не целесообразен, а за пределами города и вовсе невозможен, но я решил почитать что пишут в википедии про https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_S
и там заявлены 4 интересные цифры, а именно - скорость 89, емкость батареи 60, пробег на этой емкости - 370 и Cd - 0.24. Считаем:

$\frac {370} {89} \approx 4.15$

это время в пути, а дальше очень просто. если 60кВт*ч батареи хватает на 4.15ч движения на скорости 89, то электрическая мощность двигателей без учета КПД контроллера:

$\frac {60} {4.15} \approx 14.4$

что будет полюбому меньше фактических потерь на все виды трения, т.к. моторов с КПД 100 и более процентов не существует.

а теперь немножко о потерях. Берем Cd, берем из википедии габариты и скорость и считаем мощность сил трения только о воздух:

$ \frac {1.2 \cdot 89^2} {2} \cdot 0.24 \cdot 1.9 \cdot 1.4 \cdot 24.72 \approx 75002$

откуда не возьмись в системе нарисовалась лишние 60кВт постоянной мощности! никакой Cd=0.24 не способен объяснить этого, может кто-то из присутствующих сможет?

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы).

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: в дискуссионных темах это неуместно.

[mihiv]

Когда считали разность кинетических энергий, забыли перевести скорость в м/с.

[amon]

Напишите пожалуйста Ваши формулы еще и в буквах с расшифровкой, а то догадываться что какая цифра означает мне, например, лениво.

[Floating point]

по грубой оценке: Электрическая лошадиная сила$\equiv746$Вт, т.о. для автомобиля массой порядка 800 Кг, необходим аналог бензинового двигателя в 75 лошадок, что получается, нужен электродвигатель 55 кВт. батарей с емкостью 20 кВт/час хватит километров на сто пути.

Мощность, которую электродвигатель потребляет из при номинальной нагрузке на валу:

$P=\frac{P_n}{\eta_n}$ = $\sqrt{3UI_n\cos\Phi_n}$

, где:

$P_n$ - номинальная (эффективная) мощность электродвигателя, Вт
$\eta_n$ - номинальный к. п. д. электродвигателя
$U$ - напряжение сети, В;
$I_n$ - номинальный ток электродвигателя, А;
$Phi_n$ - номинальный коэффициент мощности.





формулы:
http://sdisle.com/node/363

[Floating point]

крутящий момент:
Если к рычагу с размером плеча в 1 метр приложить усилие равное 10 кг перпендикулярное плечу, то создастся крутящий момент, который будет равен 10 кгм на частоту вращающегося вала при вращательном движении. при 6000 оборотов в мин, он будет составлять 10 кгм. на валу, мощность равна 83,775 лошадиных силы, или 61,6 кВт.

для бензинового движка автомобиля класса С с объемом 1600 см3 цифры такого порядка:

Номинальная мощность нетто / частота вращения коленчатого вала, мин -1
по стандарту DIN, л.с. 100/6000
по стандарту ЕЭС, кВт 73/6000
Максимальный крутящий момент / частота вращения коленчатого вала, мин-1
по стандарту DIN, кгс-м 13,9/4000
по стандарту ЕЭС, Н-м 136/4000

НО там еще участвует трансмиссия, передаточные числа. нам, наверное, можно без этого обойтись. в дополнение - в некоторых конструкциях электромобилей ставят не 1 эл.двигатель, а 4, на каждое колесо.

n0153 в сообщении #1029642 писал(а):

вот как посчитать накат всегда было не ясно и я допускал всякие оптимистические допущения

конечно, присутствует генератор, который возвращает ток аккумулятору при движении под горку. посчитайте грубо какой ток он возвращает, это отразится только на экономии в емкости батареи, ни на чем больше.

[n0153]

надо как-то в пределах цензуры выразить свою эмоцию по поводу того, что я не перевел скорость. да. я переведу скорость, пересчитаю и после этого снова задам свой вопрос, если он еще будет актуален. а если нет, то просто поделюсь результатами. и формулы запишу, у меня уже была мысль, что для человека который не мусолит их время от времени, этот ряд множителей может быть не вполне очевиден.

[Floating point]

n0153 в сообщении #1029642 писал(а):

то электрическая мощность двигателей без учета КПД контроллера:

$\frac {60} {4.15} \approx 14.4$

это вы не мощность двигателя, а потребление кВт/ч, при скорости 89 км/ч посчитали. надо сказать крутой у них показатель в машине )) не забывайте, что двигатель должен обладать "приемистостью", т.е. нужно уметь еще это дело быстро разгонять, так что высчитать только для равномерного движения 100 км/ч по на трассе мощность дв. не правильно. там киловатт 200 движок стоит в этой машине.


а вот почему вы потом эти кВт/ч приравниваете к силам сопротивления (в ньютонах, неправильно посчитанных к тому же), я не знаю. вычисления ваши не проверял, но как минимум опять там км в м/с не переведены.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0 ... 0%BC%D1%8B - см. формулу для продолговатых относительно движения тел

PS. как за 20 лет можно такого поразительного результата добиться !!! ))

[AnTi3z]

Floating point в сообщении #1029878 писал(а):

батарей с емкостью 20 кВт/час хватит километров на сто пути.

Floating point в сообщении #1029892 писал(а):

это вы не мощность двигателя, а потребление кВт/ч

Это что за единица измерения такая - кВт/ч?

(Оффтоп)

Немного перефразируя: "Когда я слышу "кВт/ч", я снимаю с предохранителя свой браунинг"

[DimaM]

AnTi3z в сообщении #1029955 писал(а):

Это что за единица измерения такая - кВт/ч?

(Оффтоп)

Скорость нарастания мощности. Употребляется журналистами и примкнувшими к ним вместе единиц энергии.

[n0153]

Цитата:

это вы не мощность двигателя, а потребление кВт/ч, при скорости 89 км/ч посчитали.

В данном конкретном случае это вычисление с точностью до порядка, поскольку пробег расчитан в неком стандартном цикле, нюансов которого я не знаю. Если перевести-таки км/ч в м/с, и посчитать все виды трения то выяснится что на такой батарее и с такой-то аэродинамикой в идеальных условиях, да еще если и скорость снизить до 50км/ч, например, можно пробежать сейчас скажу сколько... если не касаясь земли, то мощность сил трения о воздух будет около 1кВт. Трение в трансмиссии там незначительно - трансмиссия особая. Трение наката будет около 4кВт - тесла тяжелая. Примерно 600км получается, если не гнать и не дергаться. И это с батареей 60кВт*ч

Цитата:

а вот почему вы потом эти кВт/ч приравниваете к силам сопротивления

Я в курсе что автомобиль - это тяжелое тело, которому надо сообщить уйму кинетической энергии, чтоб оно поехало. Но в данном случае я рассматриваю очень частный случай. Энергия уже сообщена, мы уже движемся - надо только поддержать это движение. Вопрос - как долго мы можем это делать имеющимися в распоряжении средствами. Сколько себя помню - считал как раз кинетическую энергию. Конечно, это же проще. А тепреь вот заморочился выяснить-таки трение наката. И не всё так плохо, если не забыть перевести единицы конечно:)

Цитата:

PS. как за 20 лет можно такого поразительного результата добиться !!! ))

И не говорите. А знаете сколько подводных камней? Знаете какова цена вопроса? Может подскажете где купить двигатель, какой передачей соединить его с какими колесами, от чего и через какой контроллер запитать? Соединительные муфты, компановка. А мне между прочим еще и кушать что-то надо, а для этого надо работать работником на работе. Из реальных результатов - свободная Ока в качестве донора и идея насчет того, что использовать промышленный асинхронник со свинцовыми батареями(гелевыми либо стартерными) - это дешево и сердито. Последовательное соединение - 380В - синтез трехфазной переменки специальной микрухой и транзисторами и можно ехать, если только сообразить станину и переходную муфту на ведущий вал коробки. Это всё нудная и брутальная слесарка. И для этого уже много чего есть. Только вот станка токарного с фрезерным пока недостает, но можно и заказать(в смысле муфту). Но прежде расчеты. Я должен быть уверен что это будет ехать и возить. Я не хочу положить жизнь на сырой бесполезный прототип. В конце концов она и на бензине очень смешно бегает, Ока эта.

Это что за единица измерения такая - кВт/ч? <!-- s:facepalm: --><img src=\\"{SMILIES_PATH}/facepalm.gif\\" alt=\\":facepalm:\\" title=\\"facepalm\\" /><!-- s:facepalm: --> 

Университетов не кончали, к сожалению. да, кВт*ч - виноват, не спорю. Впрочем, единица не системная, что вы так переживаете:) Важнее осознавать что Вт*с - это Джоуль.

И тут уже в который раз звучит попытка прировнять киловатты ДВС к киловаттам электрическим. Так вот я вам должен сказать, что из большой достаточно практики изучения спеков электромобилей, у этих ваших коптилок на ископаемом топливе киловатты совершенно "китайские":) У теслы конечно заявлено 310кВт, но вы не забывайте, что это очень массивное физическое тело во-первых(более 2000кг), а во вторых, даже его формальные спецификации дают совершенно нехарактерные для такой массы и габаритов динамические характеристики. Причем эти характеристики - это просто цифры, те кто ездил на этом, те говорят что субьективно автомобиль в движении намного быстрее отзывается на педаль, чем аналогис с ДВС имеющие точно такие же и даже более высокие спеки. Причина - крутящий момент распределен в диапазоне оборотов иначе - раз, крутящий момент доступен мгновенно - два. Говорят что чисто на тактильно-эмоциональном уровне тесла S намного интереснее даже самых динамичных спорткупе.

Из этого лично для меня следует вот что: я не гонщик, а значит смело могу забыть про "бензиновые" киловатты, просто взять динамику которая мне нужна(меня устроит 40с до 100км/ч) и посчитать нужную мощность через кинетическую энергию. А потом убедится также, что этой мощности хватит для преодоления вязкого трения в смеси газов(уж не знаю является ли Ока продолговатой по фрэйду, а так же чисто физически). Из приблизительных расчетов через трение качения и вязкое трение, выходит что Оке для поддержания скорости в 50км/ч нужно менее 3кВт. Для разгона до 100 за 40с нужна мощность на колесах чуть более 6кВт. Почему взял 40с? По факту моя вольво 440 за 40 и разгоняется и ничего, проблем в потоке я не испытываю, полную мощность двигатель никогда не развивает. 40с это не из википедии, а результат моей личной серии измерений. Думаю хватило бы и 3кВт в случае Оки. Двигатель такой мощности без всяких редкоземельных магнитов, обычный отечественный асинхронник отлично помещается на место ДВС. Я изучал каталоги, смотрел габариты - всё сходится. Если честно - уже помню плоховато, но кажется даже 10кВт входит без проблем. И стоит он дешево. Двигатель - это самое простое и доступное в проекте, таким образом.

Но если честно, то в данный период жизни я начал эти расчеты немного с другой целью. Вопрос был в том, имеет ли смысл экономить на бортовой электросети, водяной помпе и прочих вещах такого плана. Теперь вижу что имеет. Была идея сделать самый настоящий plug-in гибрид за 15 секунд - просто удалив ремень генератора. Идея может быть развита путем установки дополнительных батарей и замены навесных агрегатов на приводимые в движение электродвигателями. В моем случае автомобили примитивны и это исключительно водяная помпа, для которой таки существует электрический аналог, который внедряется через элементарный переходник. Если генератор снимает с ремня хотя бы ватт 500, то в случае нежной манеры управления автомоблем это вполне целесообразно. Можно получить 5-10-15% экономии топлива, а по современным меркам это огромная цифра. Энергия же береться ночью в гараже от розетки, если что - там она в разы дешевле. Учитывая примитивность модификации - она целесообразна экономически. Насколько именно - покажет амперметр, который пока еще не установлен. Если кто-то из своего опыта может назвать мне типичный ток генератора - буду рад.

А троллейбус из оки - чуть позже, не в кризис таким заниматься. Батареи страшно дорогие, даже свинцовые.

[Floating point]

n0153 в сообщении #1030135 писал(а):

со свинцовыми батареями (гелевыми либо стартерными) - это дешево и сердито

сколько ваша ока проедет на аккумуляторе? зажигание включите и померьте.... а на двух ?) вам тележку с акк-ми за окой придется пристегивать. аккумуляторы в электромобилях - одна из дорогих составляющих. там специальные аккумуляторы Li-ion. выйдут они гораздо дороже, чем промышленный асинхронник. ну если электроэнергия дармовая конечно, то может и окупится в конечном итоге.

а еще какого сечения проводки у вас в гараже, какой автомат, какой ток потянут? видится мне, ваше намерение батареи к электромобилю за ночь зарядить так просто не проканает, без оборудования специальной точки зарядки, которая будет способна давать ток хотя бы 30-40 А

AnTi3z в сообщении #1029955 писал(а):

Это что за единица измерения такая - кВт/ч?

это не я придумал, это автор посчитал так "мощность двигателя", поделив емкость батареи на часы в пути )не придирайтесь к мелочам )

n0153 в сообщении #1030135 писал(а):

не касаясь земли

n0153 в сообщении #1030135 писал(а):

если не гнать и не дергаться

чего уж там мелочиться, тогда и воздухом можно пренебречь! кроны батарейки хватит на 1000 км!




и как вы такое авто на учет поставить самодельное собираетесь тоже вааапрос.....без ПТС, техосмотра, страховки, вокруг гаража ночами ездить? )))

n0153 в сообщении #1030135 писал(а):

имеет ли смысл экономить на бортовой электросети, водяной помпе и прочих вещах такого плана

в Оке? не имеет. печку зимой не топите, сэкономите )). 5-10% экономии топлива позволяет достигнуть экономная езда, ну а нарушать правила и ездить с выключенными осветительными приборами или использовать разные присадки к топливу или к маслу (которые поболе экономии обещают) я не предлагаю, ибо... ибо.

[Floating point]

n0153 в сообщении #1030135 писал(а):

Думаю хватило бы и 3кВт в случае Оки

в случае Оки, вам достаточно двигателя мощностью 40 кВт. можно и 30, но будет уныло, с 10 кВт - никого никогда не обгоните и в горку крутую "с трудом", на пониженной 10 км/час. такова реальность.

а откуда вы эти кВт получать будете - неважно!!! Вы всеми своими расчетами в конечном итоге - пытаетесь всего лишь посчитать отношение КПД ДВС к ЭД, причем в разрезе экономической раскладки еще. но делая это как-то урывками, с разных сторон, и, упуская многие детали, приходите к невероятным выводам: то сопротивление воздуха 60 кBт, то для езды достаточно 3 кВт, если пренебречь всем подряд.

а "электромобиль в экономическом разрезе" включает в себя так же технологии разработки, изготовления и материалы для аккумуляторов.

[n0153]

Цитата:

сколько ваша ока проедет на аккумуляторе?

как-то ремень генератора порвался, проехал 200 без ремня нервно поглядывая на вольтметр. уж не помню сколько было на вольтметре когда я приехал, но в общем-то аккумулятор не сел.

Цитата:

аккумуляторы в электромобилях - одна из дорогих составляющих. там специальные аккумуляторы Li-ion.

серьезно? я бы сказал, что аккумулятор это почти вся стоимость свопа в моем случае. и литий не рассматривается, никакое топливо его не отобьет. у меня есть выход на неограниченные количества б/у ячеек по цене почти даром, но я намучаюсь с селекцией и балансировкой так, что лучше купить новые гелевые или стартерные. вопрос только в том, столько их нужно и теперь я в шаге от того, что бы четко ответить на этот вопрос.

Цитата:

будет способна давать ток хотя бы 30-40 А

сварка работает, ей столько и надо. что бы зарядить 2-3кВт*ч для гибридного варианта нужно намного меньше, оке тоже хватит если не торопиться. вы всё-таки не забывайте, что это не единственный автомобиль у меня, а второй может заряжаться хоть неделю.

Цитата:

чего уж там мелочиться, тогда и воздухом можно пренебречь! кроны батарейки хватит на 1000 км!

трение качения я потом добавил, т.е. учтено всё. 600км - цифра реалистичная для указанной скорости.

Цитата:

без ПТС, техосмотра, страховки, вокруг гаража ночами ездить? )))

со страховкой никаких проблем. техосмотр можно либо купить, либо без него ездить. у меня стаж больше 50к, первый в своей жизни техосмотр я сделал вот буквально в этом месяце и еще не разу никому его не показывал. это раз, во вторых - совершенно не факт, что я не пройду с электромотором. из того что я видел на станции гостехосмотра - пропускают они кого хотят. своп двигателей не запрещен, капот на ТО мне вообще ниразу не открывали. а что до оки, то на неё смотрят и отпускают. на учете стоит, с правами и даже трезвый - этого обычно достаточно, а в случае если всё-таки хотят придраться - записывают переход в неположенном месте. все эти страхи перед ГАИ - сугубо повод ничего не делать и ныть как всё плохо. всё нормально, все вопросы решаемы.

Цитата:

в Оке? не имеет. печку зимой не топите, сэкономите ))

в оке влияние элктрооборудования больше чем в любом другом автомобиле, поскольку мощность фар - константа, а мощность двигателя в два раза меньше чем в среднем по больнице. Ока запросто глохнет если фары включить на непрогретом двигателе.

экономный стиль вождения уже применен - вы невнимательно читаете. присадки я так же применяю, ровно две. насчет эффекта не скажу - измерений не проводил.

про езду без света я тоже не говорил. отсутствие генератора не подразумевает отсутствие света, светодиодного, либо даже накального. светодиодный головной свет - доступная реальность на сегодняшний день. нахожусь в процессе выбора конкретного решения вот сейчас.

Цитата:

в случае Оки, вам достаточно двигателя мощностью 40 кВт. можно и 30, но будет уныло

там в стоке 35 бензиновых л.с.. не буду вдаваться в детали и примеры из жизни, просто уверяю вас - избыток мощности большой. оке не нужно жечь резину на светофоре и ехать 150, а она может и то и другое, причем в стоке.

Цитата:

с 10 кВт - никого никогда не обгоните и в горку крутую "с трудом", на пониженной 10 км/час. такова реальность.

считается очень просто - назовите уклон и я назову вам скорость с которым поедет конкретная ока с конкретным 3, 5 или 10кВт двигателем в этот конкретный уклон. а что до обгонов - это аргумент скользкий. трактор или комбайн обгоню наверное, а кроме трактора или комбайна мне никого обгонять не надо - я уже писал что я не гонщик, но вы наверное не читали.

Цитата:

но делая это как-то урывками, с разных сторон, и, упуская многие детали

сюда я пришел для того что бы рассмотреть конкретный отдельный случай в сугубо специфическом разрезе. мне указали на ошибку, я её исправил, всё сошлось и в моих представлениях о мире снова царит гармония и уют. только за этим я пришел, я получил то что хотел и выражаю между прочим огромную благодарность по этому поводу. ведь заблуждался бы и дальше. вы же требуете от меня полноценного экономического обоснования гаражного изготовления электромобиля на базе Оки. оно есть, но это выходит за пределы тематики даного форума. зайдите на форум людей которые занимаются строительством электромобилей - такие есть и у них есть реальные, полностью законченные проекты, некоторые даже эффективны экономически в той или иной мере. у меня есть ряд идей как оптимизировать самодельный электромобиль именно экономически, именно в реальных условиях нашего региона. вы правда хотите что бы я всё это здесь прямо сейчас рассказал? если вам правда интересно - постучитесь мне в джаббер, но по моим ощущениям вы просто упражняетесь в скептицизме, что лично мне нисколько не интересно.

Цитата:

то сопротивление воздуха 60 кBт, то для езды достаточно 3 кВт, если пренебречь всем подряд.

"тред не читай - сразу отвечай". 60кВт были опровергнуты сразу, нет такой цифры, забудьте про неё. 3кВт - да, достаточно. правда для оки, которая реально существенно меньше чего угодно. причем в этой цифре учтено: сопротивление воздуха, трение наката и еще немного на глазок добавлено на трансмиссию, поскольку по результатам вычислений получилось около 2.5кВт. не учтено КПД мотора, КПД контроллера, КПД аккумуляторов, КПД проводки. динамика разгона учтена отдельно и для неё мощность была повышена до 6кВт - и это с запасом.

сейчас еще немного посчитал - те же 6.2кВт мощности на колесе дадут не только 100км/ч за 40 секунд, но еще и 50км/ч за 10 - разгон нелинеен.
по аккумуляторам глянул сейчас, casil 12v7Ah - $13, цепочка из 30, которая даст 360В и 2520Вт*ч(~9МДж) выйдет в 390 долларов, что вполне доступно для меня. это даст около 50км пробега в идеальных условиях, либо 147 разгонов до 50. Для первого раза достаточно, потом емкость можно удвоить еще одной такой цепочкой в параллель. и это новые аккумуляторы, причем гелевые - допускающие разрядку в ноль, причем далеко не худшего производителя. в реальности же можно выгадать я думаю еще процентов 30 экономической эффективности, купив что-то более компромисное.

масса одной цепочки, кстати - 78кг. это немного, хотя кое-какие расчеты под них можно было бы и поправить. литиевые в моем случае выйдут дешевле, но у меня пока не готово решение для балансировки, а балансировать БУшку надо обязательно.

таким образом, по предварительным результатам всё не то что бы радужно, но приемлимо - делать можно.