Akkutechnik im Polestar

Jo, man könnte beinahe 300km/h damit erreichen, wenn er nicht bei 205km/h mit ca. 90kW abgeregelt wäre. Um es genauer zu sagen: da ist die Drehzahl abgeregelt.

Mal unabhängig von dem Punkt, ob die Motoren die Leistung wirklich abrufen, stellte @McCrack die Frage, ob die Akkus die Belastung aushalten. Das können sie, glaube ich, recht gut.

Aktuelle, hochstromfähige LiIon-Zellen in Zylinderform können oft mit 10C dauerhaft bzw. 20C Peak belastet werden, manche Zellen noch mehr. „C“ bezieht sich hier auf die Kapazität der Zelle in Amperestunden (Ah). Die Rechnungen oben zugrunde gelegt, ergeben sich bei 240 Wh je Zelle bei 3,7V Nennspannung (manche Technik nur 3,6V) 65 Ah Kapazität und 650 A möglicher Dauer-Entladestrom und 1.300 A für einige Sekunden (typisch 20-40 Sek.). Bei 3 parallel-geschalteten Strängen ergibt sich 3x soviel Strom und damit ordentlch Reserve. Als mögliche Dauerlast lässt PS ja auch „nur“ 160 kW zu.

Sensibler sind Akkuzellen meist beim Laden (oft 3C-5C). Oben wurde ja schon erwähnt, dass dabei auch schon Stromstärken von 375 A anfallen.

Das sind kräftige Zahlen, aber wir reden ja auch über hohe Leistungen. Deshalb sind die Kabel so dick und deshalb müssen die Mechatroniker vernünftig angelernt werden. Das BMS sollte (für den Akku) ungesunde Ströme auch verhindern.

Im Modellbau setzt man Lithium-Polymer-Akkus ein. Die können heute 60C Dauerlast, haben aber weniger Kapazität (z.B. 5 Ah). Ströme um 200A sind dort aber auch gut machbar.
Gewöhnliche Blei-Akkus können übrigens kurzfristig auch 600-800A aushalten.

Tesla hat ja am Battery-Day u.a. vorgestellt, dass sie über größere Kontaktflächen die möglichen Stromstärken noch erhöhen wollen.

Steinigt mich bitte nicht, wenn ich was falsch gerechnet haben sollte.

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Im Modellbau sind wir da schon etwas weiter. Hier sind wir bei den Spitzenakkus bereits in der 3ten Generation der Graphen Akkus. Hier kommt es aber in erster linie auf die Leistung an die der Akku im Stande ist abzugeben. Wir versuchen den innenwiderstand so klein es geht zu halten um eien ideale beschleunigung zu bekommen. Wir achten nicht so sehr auf die haltbarkeit.
Bis einer belastbarkeit von 60-70C ist heute alles möglich und zeigt uns heute schon mal wo es hingeht.
Die hochdruckbetankung liegt im Wettbewerb bereits bei besorgnisserregenden 3C -4C (akku voll in 15Min) . Ein Bereich der deutlich oberhalb der Herstellerangaben ist.
Daher wird in Hallen ausschließlich in Feuerfesten Säcken geladen.
Es ist aber deutlich zu merken das die Zuverlässigkeit der Akkus steigt. Wir können über 2 Jahre lang noch Top Zeit fahren mit den Akkus bevor sie ein klein wenig nachlassen.
Generation 1 war quasi nach einem Jahr nur noch was für Anfänger.
Die hochleisungsakkus sind heute alle in 2S2P Bauweise gebaut… also 4 Akkuzellen. Man erreicht damit die doppelte C rate beim entladen , also ca 120C und die Doppelte Zellenspannung.
Ähnlich läuft es auch in dem Autoakku nur das hier ein paar mehr Zellen seriell und parallel geschaltet sind. Die hohen ladeströme teilen sich also auf viele Zellen auf…so das wir Pro Zelle keine so hohe belastung mehr haben. Das BMS im Auto sorgt dafür das man die Zellen im optimalen Bereich benutzt und der durchschnittliche Ladestrom 1C nicht überschreitet. Die Ladekurve ist dafür verantwortlich wie viel Stress einem Akku zugemutet wird, daher sind die Ladekurven der Fahrzeuge auch verschieden. Die Kurve im P2 schätze ich als ehr akkufreundlich ein am HPC!
So sieht das dann aus.

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Ich wusste doch, dass Du vom Fach bist. Schöne Grüße von Deinem RC Kollegen aus vom Expert-Markt in Elmshorn

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Die Welt ist so klein…schönen Gruß zurück

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mir gefällt der Carbon Boden und die höhen verstellbaren Dämpfer :sunglasses:

Performance-Paket? :wink:

Schön beschrieben in dem Artikel und, um bei der Wortwahl des Artikels zu bleiben, deshalb redeten wir hier von „der Dicke des Strahls“ also der Leistung, während du von der Arbeit geredet hast.

Es also wieder klassisch aneinander vorbeigeredet.
(Mir fällt da gerade der alle Physikspruch ein: Arbeit ist Leistung mal Zeit…).

Das Diagramm das du gebracht hast mit den rund 90kw bei 205km/h ist nicht falsch, das hat hier keiner bezweifelt. Es sagt aber nicht mehr und nicht weniger aus als dass eine Leistung von 90kw notwendig ist um die 205 km/h zu halten. Wenn ich aus dem Stand 90kw abrufe würde der Wagen abhängig von seiner Masse beschleunigen um sich dann der Geschwindigkeit von 205km/h asymptotisch zu nähern.
Vorausgesetzt man bekommt die Leistung auf die Straße (was mit dem Allrad kein größeres Problem ist), kann man durchaus 300kw Leistung abrufen (das hat mit Verbrenner und Verlusten erstmal gar nix zu tun) der Wagen beschleunigt dann halt schnell in Richtung Höchstgeschwindigkeit (205km/h) und dort angekommen (tatsächlich natürlich schon vorher) wird dann abgeregelt und zwar auf die Leistung die dann noch notwendig ist um die Geschwindigkeit zu halten.

Du forderst Beweise für die 300 kW…
Andersherum wird ein Schuh draus:
Schreibe doch mal weshalb es nicht möglich sein sollte eine Leistung von 300 kW abzurufen.

Das Diagramm ist dafür jedenfalls ungeeignet weil seine Aussage eine andere ist.
Wenn man den von Dir angeführten Artikel zuende liest versteht man genau das am Ende sehr gut.

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Führen wir diese Diskussion hier mal fort und gehen der Frage nach, welche Leistung bei den Elektromotoren des Polestar 2 tatsächlich abrufbar ist, bzw. verfügbar sein muss um einen bestimmten Vorgang zu vollziehen. Polestar hilft uns dabei schon, weil wir die wesentlichen Rahmendaten für eine Annäherung schon haben, nämlich das Beschleunigungsvermögen von 0-100 km/h und die Masse des Fahrzeugs. Dadurch kann man die durchschnittliche Leistung errechnen, die für diesen Vorgang benötigt wird. Ich betone durchschnittlich, weil die Leistung nahezu linear mit der Drehzahl ansteigt und eben nicht konstant ist, während das Drehmoment von Beginn an zur Verfügung steht und bis zu einem gewissen Drehzahlbereich konstant ist. Ich versuche mich mal an meinen Physik-LK zu erinnern und führe kühn aus:

Wir wissen also nun, dass wir eine durchschnittliche Leistung von 174kW über einen Zeitraum von 4,7s benötigen um den Polestar 2 in 4,7 von 0 auf 100 km/h bringen zu können, bzw. diese Leistung benötigen um ihm die kinetische Energie von 820.000 Joule zu verleihen.

Bringen wir das in eine Leistungs-Zeit-Diagramm und nehmen an dass die 300kW Peakleistung nach 5s erreicht werden, stellen wir fest dass die erreichte durchschnittliche Leistung zu gering ist, der Polestar erreicht die Peak-Leistung früher, ca. bei 4,2s und hält sie dann. Im Diagramm unten habe ich das abgebildet. Die durchschnittliche Leistung liegt bei dieser Kennlinie bei 175kW und damit beim vorher errechneten Wert. Der tatsächliche Verlauf sieht je nach Motorkennlinie sicher leicht anders aus, aber im Groben wird das so passen, wenn ich hier keinen Riesen-Bock drin habe :wink:

!

Wirft man mal einen Blick auf die Konkurrenz, (hier Drehmoment und Leistung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit) wird ein Schuh draus:

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Das habe ich in meinem letzten Satz geschrieben.
Es ist hier also sehr viel Raum, aneinander vorbei zu reden, wie Du auch schreibst.
Das Wörtchen ‚abrufen‘ ist hier der Auslöser.
Man kann natürlich das Pedal durchtreten (abrufen) und die Elektronik ‚weiß‘: jetzt alles geben.
Es werden Strom (durch die Baugröße der Spulen, Querschnitte, Magnetfeld etc.) , Spannung und Frequenz (durch den Umrichter) vorgegeben und was passiert? Der Polestar fährt so schnell wie er kann. Er kann aber nur so schnell, wie es ihm nicht durchdrehende Räder ermöglichen.
Die Räder drehen nicht durch, weil abgeregelt wird. Und hier schließt sich der Kreis. 300kW können dann umgesetzt werden, wenn P = 2 x Pi x M x n möglich sind. Und das wird bei theoretisch <300km/h sein.
Der E-Motor wird überschüssige Energie nicht los, Verluste bis 20%. Der Verbrenner macht das über das große Kühlsystem und den Auspuff, Verluste bis 90%.

Das ist sehr gut. Von @Electrified habe ich einen Artikel zu den Valeo Siemens Motoren, der passend ist.
Wir müssen aber erst feststellen, ob wir hier daraus zitieren dürfen. @Electrified ?

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Nun ja, genau deswegen habe ich den Artikel dir „privat“ geschickt - wie heißt das so schön " ein Nachdruck, auch auszugsweise…usw." - ich bin weder Author noch Herausgeber also kann ich da keinen Persilschein geben.
Sich auf den Inhalt des Artikels in eigener Formulierung zu berufen (mit Quellenangabe) und eigene Diagramme sind bestimmt kein Problem - so nach dem Motto " ich habe gelesen dass…"

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OK, ich bastele dann mal ein Diagramm vom Polestar. @DavoBe16 hat so schön vorgelegt (ein paar Daten haben wir ja) und wir kommen dann ein kleines Stückchen weiter.

Update 17.12.2020 - hier geht es jetzt weiter.
@Electrified hatte mich informiert: auf www.atz-worldwide.com gibt es einen sehr schönen Artikel über Valeo Siemens Achsmotoren für Fahrzeuge mit dem Titel ‚Elektrische Achsen im Spannungsfeld von NVH, Wirkungsgrad und Leistungsdichte‘.
Da wird das skalierbare modulare Sechsphasensystem vorgestellt - mit Explosionszeichnungen und Diagrammen - allen Anschein nach gehören die Motoren unserer P2 zu dieser Familie.

Ich erlaube mir hier, aus dem Gelesenen ein Geschwindigkeit-Drehmoment-Leistung-Kennfeld für einen unserer Polestar 2 -Motoren abzuleiten:

Was da im Einzelnen passiert und möglich ist, können wir gern diskutieren.

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Na das passt doch wunderbar zusammen mit meinem hergeleiteten Leistungsverlauf weiter oben über die benötigte kinetische Energie. Wobei hiermit auch die Frage beantwortet ist, ob 300kW Leistung auf die Straße gebracht werden. Ja werden bzw. müssen sie, sonst kann er die 4,7s Beschleunigungszeit nicht erreichen. Lt. deinem Diagramm passiert das ab ca. 65km/h lt. meinem Diagramm ab ca. 4,2s wo er dann 89km/h erreicht hätte. Da liegen wir nicht weit auseinander.

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Die ‚Vorlage‘ vom Valeo Siemens Artikel beschreibt einen modular erweiterbaren Motor, der bis 300kW geht. Das kann er allerdings nur für 30 Sekunden (weil es ihm wohl sonst zu warm wird).
Der geradlinige Anstrieg der Leistung ist designed. Da habe ich mich an die Vorlage gehalten, die bei 450 1/min Raddrehzahl die max. Leistung erreicht. Das muß bei unserem Stern nicht exakt genau so sein.
So etwas geht natürlich nur beim E-Motor. Da wird mit der jeweils erforderlichen Spannung und Frequenz feinfühlig beaufschlagt, um diese gerade Rampe zu realisieren.
Wie schon ausgeführt: das ist die installierte Leistung, welche nur unter gegebenen Umständen wirklich auf die Straße gebracht werden kann. Zur Not hilft dann, die ganze Familie einzuladen und einen schweren Hänger dranzuhängen :slight_smile:

Ok, dass die Rampe designt ist und vom FU geregelt wird ist schon klar. Aber ich bleibe dabei: Er brauch die 300kW (150kW von jedem Motor) um die 4,7s zu schaffen. Und diese 300kW liegen erst ab 4,2s oder in deinem Fall ab 65 km/h an. Dazu muss nur Vollstrom gegeben werden, man brauch dazu keine höheren Gewichte oder einen Anhänger.

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Ok, rechnen wir noch dazu, dass er nicht nur das Gewicht beschleunigen muß, sondern auch noch gegen den aufkommenden Wind fahren muß, dann schaffen wir das wohl auch ohne die ganze Familie einzuladen.
Jetzt kommen wir zur Eingangsfrage zurück: Akkutechnik im Polestar.
Die Frage war, wie hält der Akku das aus. 300.000W/400V = 750A … da der Vortrieb nicht unmittelbar und sofort erfolgt, wird es heiß.
Das mit den 30 Sec. hat seine Gründe.
Was sagen die Akku-Spezialisten dazu ?

Die 300kW sprich 750A liegen ja nur für einen sehr kleinen Zeitraum von weit unter 30s bei der Vollgasbeschleunigung an. Sobald 210 km/h erreicht sind(vermutlich eher wie im Tesla-Diagramm oben zu sehen) wird die Leistung ja schon zurückgefahren bis dann nur noch die sehr viel kleinere Leistung benötigt wird um die Geschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Daher muss die thermische Belastung durch die 750A verkraftbar für den Akku sein, da nur für einen kurzen Zeitraum. Er lädt ja z.B ja auch mit 150kW Peak über einen viel längeren Zeitraum.

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Dann besteht ja Einigkeit, dass die Leistung sehr wohl abgerufen werden kann, der gesunde Menschenverstand und Physik sich hier nicht widersprechen und wir haben alle ein wenig dazugelernt. :+1:

Die hohen Ströme sind wirklich sehr beeindruckend. Wenn man von einen Wirkungsgrad des Elektroantriebs von 90% ausgehen könnte, wie oben geschrieben wurde, dann würden 10% in Wärme umgesetzt. Größenordnungsmäßig also max. ca. 30kW im Peak. Bei einem Verbrenner ist das viel mehr, das lässt sich also beherrschen. Nur ohne Kühlung geht es nicht.

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Mich beeindruckt dabei vor Allem, wie gut man die Übergangswiderstände von der Zelle bis zum Motor im Griff haben muss. Crimp-Verbindungen, Steckkontakte, Bondverbindungen,… Klingt irgendwie einfach ist es aber nicht.

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