Turbo für E-Motoren

[fireball412]

Hallo zusammen,

hat sich jemand schon mal damit auseinander gesetzt?
https://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=52026

Mir ist aktuell nicht ganz klar wie das funktionieren soll. Wird der Kondensator geladen und dann in Reihe geschaltet? Parallel sicherlich nicht.

In Minute 3:00 in diesem Video, sieht es so aus, als sei die Funktion dauerhaft! Auf jeden Fall länger, als ich einem Kondensator zutrauen würde.
https://www.youtube.com/watch?v=LavU1vzSgJA

Ist das ein Hochsetzsteller? In diesem Leistungsbereich für 5$? Für mich gerade irgendwie unvorstellbar. Selbst das in Reihe schalten ist technisch nicht ohne.

Ich habe zwei bestellt aber bisher noch nicht analysiert. Ich bin sehr gespannt.

Stefan

 

[Julez]

Ich denke eher, da werden 2 fette Kondensatoren drin sein, welche beim Entladen in Reihe geschaltet werden, sonst parallel. Ich glaub nicht dass die temporäre Performancesteigerung die permanente Weight Penalty übertrifft.

 

[fireball412]

Klar, der Unsinn übersteigt bestimmt den Sinn, aber technisch ist das sehr interessant.

Stefan

 

[fireball412]

So, ich habe mal etwas experimentiert. Der Booster wurde in Reihe zwischen einen 2S 3000mAh LiPo und 12V Glühbirnen (4 Stück parallel) geschaltet. Im normalen Betrieb fließen bei 7,3V 5,6A Strom. Wenn man den Booster aktiviert steigt die Spannung sprunghaft um 3,3V auf 10,6V an. Der Strom steigt auf ca. 7A. Die Zusatzspannung und der Zusatzstrom sinken nahezu linear mit der Zeit innerhalb von 11 Sekunden auf den Ausgangswert ab. Das ist schon cool und deutlich mehr als ich erwartet hatte. Die Kondensatoren müssten bei diesen Werten ca. 30F Kapazität haben. Das entspricht genau der Angabe auf der HK-Seite.

Im normalen Betrieb fallen an der Plus- und Minusleitung ca. 20mV ab. Bei 5,6A entspricht das 3,6mOhm bzw. 7,2mOhm gesamt. Das ist nicht sehr viel, aber bei einem 2S 5000mAh 40C Akku schon performancelimitierend.

Bei einem 1:10 Modellauto (17,5T) fließen auf der langen Geraden nach der Beschleunigungsphase vielleicht 15A. Wenn man dann für 2-3 Sekunden eine so deutlich höhere Drehzahl erreichen kann, kann man das bestimmt spüren. Schwer zu beurteilen wie das Gewicht auf die Gesamtperformance wirkt.

Mich interessiert noch wie das Schaltungstechnisch realisiert ist. Interessanter Weise geht mein Turnigy Powermeter bei Aktivierung des Boost kurz aus. Ich denke nicht, dass es ein Überspannungsproblem gibt. Ich vermute, dass die Spannung kurz komplett zusammenbricht, weil der Stromkreis getrennt werden muss, um die Kondensatoren einzuklinken. Die Pufferkondensatoren des Reglers können das vermutlich ausgleichen. Dennoch ist dieses Gerät bestimmt eine Qual für den Regler.

Stefan

 

[Gerd Giese]

... und nicht vergessen - ein Perpetuum mobile gibt es noch nicht und diese Zusatzpower
wird natürlich vorher dem Fahrakku entnommen um die CAB-Kondensatoren zu laden!

 

[fireball412]

Das ist ja klar. Es geht um eine kurzzeitige Erhöhung der Spannung. Das ist interessant für Anwendungen, bei denen man auf eine bestimmte Spannung festgelegt ist. Das ist bei einigen 1:10 Car Klassen so. Dort ist Akku und Windungszahl vorgegeben. Natürlich aus gutem Grund. Dennoch würde mich interessieren, wie so ein Gerät auch mit seinem Zusatzgewicht in der Summe abschneidet.

Generell ist sowas nützlich wo man kurzzeitig höhere Spannung gebrauchen könnte. Eine Zelle mehr (mit gleichem Gewicht) würde zur Erhöhung des Teillastanteils führen. Was das Konzept betrifft (nicht konkret dieses Gerät) könnte man auch eine weitere Lipo-Zelle anstelle der Kondensatoren verwenden.

Stefan

 

[SpeedFlap]

Bei Klassen mit begrenzter Zellenzahl und Windungszahl ist so ein Gerät aber möglicherweise eine Umgehung des Reglements. Würde mich nicht wundern, wenn Wettkampfleitungen sowas sperren. Würde ich zumindest.

 

[Gast_61453]

Naja, scale halt im RC Chassis...

Naja, scale halt im RC Chassis...

Solln se mal schön dran weiterdoktern...

https://de.wikipedia.org/wiki/Kinetic_Energy_Recovery_System

Gruß Christian

 

[fireball412]

Bei Klassen mit begrenzter Zellenzahl und Windungszahl ist so ein Gerät aber möglicherweise eine Umgehung des Reglements. Würde mich nicht wundern, wenn Wettkampfleitungen sowas sperren. Würde ich zumindest.

https://www.lrp.cc/de/challenges/lrp-hpi-challenge/reglement/175t-challenge/

Ist ja auch nicht ganz Ernst gemeint...
und wahrscheinlich durch diese Klausel abgedeckt:
"Die max. erlaubte Drehzahl am Testaufbau des TKs liegt bei 20.500 U/min (bei Umgebungstemperatur)"

Technisch würde es mich aber trotzdem interessieren. Das zusätzliche Gewicht und der Serienwiderstand sind ja auch Nachteile.

Stefan

 

[fireball412]

Bilder vom Innenleben. Es enthält eine schön gemachte Ladeelektronik und 8 MOSFET vom Typ PSMN2R0-30YL. Die drei Kondensatoren sind parallel geschaltet und werden auf 3,7V geladen. (Bei 1000 Stück kostet der Transistor 0,39€ pro Stück)

 

[GC]

Danke Stefan, für das Öffnen und die Fotos!

Ist schon eine interessante Geschichte für "Verbraucher" mit hohen Anlaufströmen. Der Preis von 4,54€ ist für unsere Verhältnisse wieder einmal der absolute Wahnsinn.

 

[fireball412]

Schaltung verstanden. Im Normalmodus sind die 4 MOSFETS durchgeschaltet (jeweils zwei parallel). Die Kondensatoren werden in dieser Zeit aufgeladen. Im Boost-Modus ist diese Verbindung getrennt und die Kondensatoren werden in Reihe zur Versorgungsspannung geschaltet. Man verwendet dafür pro Seite der Kondensatoren zwei MOSFETs in Antiserie. Das muss man tun, um die Kondensatoren unabhängig laden zu können. MOSFETs sperren wegen der Bodydiode nur in eine Richtung.

 

[fireball412]

...und noch das LTSpiceIV-File:
Ist ein .zip
Umbenannt, weil zip nicht ging.

Anhang anzeigen circuit1.txt

 

[Christian Lucas]

Hi ,
so einen Boost kann man viel leichter durch eine Feldschwächung erzeugen . Beim Brushlessmotor wird das durch ein starkes erhöhen des Timingwinkels erreicht über 30 Grad . Das geht aber nur vernünftig mit einem Steller der mit Hallsonden arbeitet .
Oder man verschiebt einfach den Rotor aus dem Statorfeld heraus . Das funktioniert vor allem bei Motoren deren Stator die Wicklungen in Nuten hat . Bei Motoren mit Nutlosen reinen Luftspaltfeld wicklungen geht das nur gut wenn der Rotor auf der Seite herausgeschoben wird auf der auch die Wickelköpfe weit aufgeweitet sind. Was geschieht dabei . Der Rotor kann nur noch in einem Teil der Wicklung Spannung induzieren wodurch der Motor versucht durch eine höhere Drehzahl die erforderliche Gegenspannung zu erreichen . Im Endeffekt verbraucht es genausoviel mehr Leistung wie die Geschichte mit den Kondensatoren die ja auch die Leistung vorher aus dem Akku holen musten . Nun passiert das alles direkt wobei die Spannung nicht erhöht wird sondern die kv des Motors und die Mehrleistung durch einen erhöhten Strom getrieben wird. Bei Horizon Fuelcell haben wir das von Luigi Colani designete Auto auch mitmden Kodensator Spannungerhöher ausgerüstet um auch auf einer Geraden deutlich schneller zu werden. Der Vorteil durch die Feldschwächung ist halt das er nicht auf die Ladekapazität der Kondensatoren beschränkt ist sondern solange arbeitet bis die Schwächung reduziert wird. Mit einigen Stellern im RC Car bereich kann man das auch einfach einstellen und war in einigen Rennklassen gang und gebe . In den Stellern konnte man einfach einen oder auch meherer Drehzahlwert/e vorgeben bei dennen das Timing um einen bestimmten wert sich verstellt hat , ging also quasi Vollautomatisch von statten . Bei Speedfliegern würde es auch durchaus Sinn machen um bei den Messflügen noch etwas Leistung zuzulegen .

Happy Amps Christian

 

[fireball412]

Hallo,

ich kenne das Konzept der Feldschwächung von den 1:10 Car Reglern (LRP und GM, andere auch). Irgendwann hat man das bei den reglementierten Klassen verboten. Angeblich war das so schlimm, dass man nur noch gewinnen konnte, wenn man vor dem Rennen das neuste Update aufgespielt hat.

Ich verstehe das so, dass man durch geeignete Bestromung das Feld schwächt, also die spezifische Drehzahl erhöht. Die andere Motorkonstante (Nm/A) müsste dann doch aber auch kleiner werden, oder? Bei RC Cars macht das Sinn, da man auf der langen Geraden nur Drehzahl braucht. Das benötigte Drehmoment ist gering. Bei den Speedfliegern ist das doch anders, oder? Da braucht man doch hohe Drehzahl und hohes Drehmoment. Ich würde vermuten, dass das nichts bringt bzw. Nachteile hat. Man könnte dann doch auch einfach den Magneten schwächen oder den Luftspalt vergrößern. Damit wird ein Speedflieger doch nicht schneller, oder?

Das Konzept der Spannungserhöhung bringt mehr Leistung bei gleichem bzw. höherem Wirkungsgrad. Bei Speedfliegern aber nicht einsetzbar, weil der Kondensator (in dieser Größe) in 0,5s leer wäre.

Stefan

 

[SpeedFlap]

Stimmt.
Speedflieger brauchen das Leistungsmaximum im VMax Arbeitspunkt. Da ist Feldschwächung sinnlos, da kann man den Antrieb auch gleich anders besser auslegen.
Cars brauchen Drehmoment, weil sie die meiste Zeit in Beschleunigung sind. Erst am Ende (eigentliches VMax) kann Feldschwächung noch was Drehzahl rausholen, aber mit stark begrenztem Drehmoment. Ist wie ein elektronisches Getriebe. Der Kommutierwinkel wird weiter in Richtung früh verschoben. Dazu muss man wissen, dass das "Timing" in Richtung Frühverstellung gerechnet wird, wobei 0° der natürliche Kommutierpunkt ist mit Strom/Spannung in Phase, 30° das normal maximale "scharfe Timing", und Werte über 30° Frühzündung wirken dem Feld entgegen und schwächen es. Drehzahl rauf, aber Drehmoment runter. An Leistung ist so aber nix gewonnen.

Übrigens arbeitet eine moderne Waschmaschine beim Schleudern auch mit Feldschwächung. Sie hat ja auch alle Zeit der Welt (naja fast), um auf Enddrehzahl zu kommen. Insgesamt wird hier durch den elektronischen Trick eine große Drehzahl / Drehmomentbandbreite realisiert, bei geringstmöglicher Motorgröße und -Leistung.

Claus

 

[Christian Lucas]

Hi Claus ,
ja so ist dass schon Richtig ,nur beim Auslegungspunkt bin ich halt hin und her gerissen . Der sollte halt bei max speed sein . Die Feldschwächung könnte aber eingesetzt werden um zb. mit einer etwas flacheren Propellersteigung besser beschleunigen zu können weil der Motor in der Phase durch zu wenig Drehzahl und erhöhten Drehmoment besser anschiebt um dann die Drehzahl doch noch wie nötig erhöhen zu können . Oder eventuell beim Abschwung wenn die Drehzahl schon kurz vor max steht etwas zulegen und in der Messtrecke dann wieder normalwerte für die Auslegungsdaten . Nur eine Idee .

 

[SpeedFlap]

Christian,

Das Speed Flugprofil ist in der Tat wegen der Beschleunigungsrampe eine doch recht dynamische Angelegenheit.
Also wenn Feldschwächung, dann aber umgekehrt und in der Phase der Endgeschwindigkeit. Denn da brauchst du die höchste Drehzahl, um überhaupt noch Vortrieb zu erzeugen.
Theoretisch könnte Feldschwächung in der Endphase helfen, einen Antrieb mit mehr Drehmoment, weniger Drehzahl (niedrigere KV) und größerem Prop verwendbar zu machen, welcher beim Anstechen mehr Dampf macht. Dem fehlt aber obenraus die Drehzahl für den Endspeed. Da könnt man im Abfangbogen auf Feldschwächung gehen und die letzten km/h rausholen.

Aber ich bin kein Experte auf diesem Speed-Gebiet, wo es um kleinste Feinheiten geht. Reine Theorie.

Claus