Ermittlung des Energiebedarfs für Personenkraftwagen mit Elektroantrieb

Stroemumgswiderstand

Aufgabenstellung

Für drei Personenkraftwagen soll der elektrische Energiebedarf für eine tägliche Fahrstrecke von s = 100 km berechnet werden. Die Durchschnittsgeschwindigkeit beträgt
v = 72 km/h


Vorschlag für die Auswahl der Fahrzeugtypen:

BMW 1er

VW Golf

VW Polo

Bei der Berechnung des elektrischen Energiebedarfs wird der Energiesatz angewendet:

Die elektrische Energie muss genau so groß sein wie die aufzubringende mechanische Energie:

Wel = Wmech


Aufgabe

Wie wird die mechanische Arbeit berechnet?


__________________________________________________________________


Berechnung der mechanischen Antriebskraft

Zur Berechnung der mechanischen Arbeit wird die Kraft benötigt, mit der der Personenkraftwagen angetrieben werden muss.

Für die Lösung der nachfolgenden Aufgaben wird Windstille unterstellt.

Der Rollwiderstand der Reifen wird ebenfalls vernachlässigt.

Aufgaben

Suchen Sie die Formel, mit der die Antriebskraft F berechnet werden kann, aus dem Tabellenbuch!

Formel ______________________________________________________

Was bedeuten die einzelnen Formelzeichen?

Formelzeichen

Bedeutung

Einheit

ρ



A



cw



v




Beschreiben Sie die Formel!

Wovon ist die aufzubringende Antriebskraft hauptsächlich abhängig?

______________________________________________________



Wie würde sich die Antriebskraft erhöhen, wenn sich die Geschwindigkeit verdoppelt?



____________________________________________________________________

Suchen sie für die drei Fahrzeugtypen den cw - Wert!

Fahrzeugtyp

cw - Wert

BMW 1er


VW Golf


VW Polo



Was versteht man unter dem Strömungswiderstandskoeffizient cw?


____________________________________________________________________


Welchen Einfluss hat der cw - Wert auf die Antriebskraft?


____________________________________________________________________


Berechnen Sie die Antriebskräfte F aller drei Fahrzeugtypen für eine Durchschnittsgeschwindigkeit von v = 50 km/h. Es wird eine Querschnittsfläche
von A = 3 m2 angenommen.

BMW 1er

Formel: ___________________________________________________


Berechnung:___________________________________________________


VW Golf


Berechnung:___________________________________________________


VW Polo


Berechnung:___________________________________________________


Berechnung der mechanischen Arbeit


Aufgaben

Berechnen Sie die mechanische Arbeit für eine Fahrstrecke von 100 km, wenn die Antriebskraft F = 300 N beträgt.


Formel: ___________________________________________________


Berechnung:___________________________________________________


Berechnen Sie die mechanische Arbeit für alle drei Fahrzeugtypen. Die Fahrstrecke beträgt 100 km.


BMW 1er

Formel: ___________________________________________________


Berechnung:___________________________________________________


VW Golf


Berechnung:___________________________________________________


VW Polo


Berechnung:___________________________________________________


Berechnung der Ladedauer

Die Ladedauer hängt von der Ladespannung, dem Ladestrom und der Kapazität des Akkumulators ab. Die in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Energie kann als elektrische Arbeit an den Elektromotor abgegeben werden. Der Elektromotor wandelt die elektrische Arbeit in mechanische Arbeit um.

Aufgaben

Wie wird die elektrische Arbeit berechnet?


_______________________________________________________


Berechnen Sie die Ladedauer für alle drei Fahrzeugtypen. Die Ladespannung beträgt
U = 200 V, der Akkumulator wird mit 10 A aufgeladen.

BMW 1er

Formel: ___________________________________________________


Berechnung:___________________________________________________


VW Golf


Berechnung:___________________________________________________


VW Polo


Berechnung:___________________________________________________


Leistungsberechnung

Für einen Pkw mit Elektroantrieb soll die Motorleistung berechnet werden. Der Strömungswiderstandskoeffizient beträgt cw = 0,25. Als Fahrzeugquerschitt wird eine Fläche von A = 3 m2 angenommen. Der Pkw fährt mit einer Geschwindigkeit von
v = 72 km/h.


Aufgaben
Berechnen Sie die erforderliche Motorleistung P.


Formel: ___________________________________________________


Berechnung:___________________________________________________


Wie lange kann der Pkw fahren, wenn die Batterie eine Kapazität von 24 kWh hat?


Formel: ___________________________________________________


Berechnung:___________________________________________________


Berechnung der Antriebsleistung

Strömungswiderstandskoeffizient cw
Querschnittsflaeche in m 2
Geschwindigkeit in km/h
Weg in km
Kraft
Leistung
Arbeit

Aufgaben

  1. Stellen Sie eine Wertertabelle für die Funktion F = f(v) auf und zeichnen Sie die Funktion.
  2. Stellen Sie eine Wertertabelle für die Funktion P = f(v) auf und zeichnen Sie die Funktion.
  3. Interpretieren Sie die Ergebnisse.
  4. Wie müsste der Einfluss von Gegenwind berücksichtigt werden?
  5. Untersuchen Sie den Einfluss der Rollreibung.
  6. Vergleichen Sie den Einfluss der Rollreibung mit der Strömungsgeschwindigkeit.
  7. Beschreiben Sie den Einfluss der Steigung auf die Antriebsleistung.
  8. Kann die Energie, die für die Überwindung der Steigung zusätzlich aufgewendet werden muss, wieder zurück gewonnen werden?
  9. Wie müsste ein Elektroauto für eine möglichst kleine Antriebsleistung konstruiert werden?
  10. Verschaffen Sie sich einen Überblick über die angebotenen Akkumulatoren.
  11. Welche Lebensdauer haben Lithium-Akkumulatoren?
  12. Welche Umweltprobleme sind zu erwarten, wenn der Elektroantrieb den Verbrennungsmotor vollständig ersetzt?

Startseite