Rückgewinnung von Bremsenergie

Elektrofahrrad, Elektroauto, Segway etc. würden gerne beim Bremsen etwas in den Akku zurückladen. Nur, wie geht das?

Der Segway den ich kenne verwendet einen DC Motor mit einem getakteten Fahrtenregler. Das heißt, der Motor sitzt in der Mitte einer H-Brücke.

Beim Fahrrad sehe ich einen Stepper Motor bzw. mehrpoligen Drehstrommotor, wie immer man das bezeichen will, diesen bürstenlosen DC Motor halt. Jede Statorwicklung wird von einer CMOS Stufe angesteuert und hat natürlich Freilaufdioden.

Wenn der Segway bremst, muß er aktiv gegensteuern. Wie soll dann etwas zurückgewonnen werden?

Wie soll der Fahrtenregler auf dem Fahrrad umschalten auf Gleichrichtung? Abgesehen davon, daß Lichmaschinen Erregerstrom brauchen will man nicht kiloweise teure Supermagneten verbauen.

Meine einzige Idee bis jetzt war, einen separaten Generator mitlaufen zu lassen, der bein Bremsen belastet werden kann und in den Akku puffert. Macht leider auch Masse und Gewicht.

Was gäbs für elektronische Möglichkeiten der Umschaltung des bürstenlosen Motors auf Generatorbetrieb?

w.

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Helmut Wabnig
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Hallo Helmut,

Du hast da eine falsche Vorstellung. Alle E-Motoren, die durch eine Brücke (Halb oder Vollbrücke) angesteuert werden, können ohne weitere Leistungsbauteile auch Energie zurückspeisen. Ist die Motordrehzahl höher als die durch das Brücken-PWM maximal mögliche Drehzahl, dann wird automatisch Energie in den Zwischenkreis bzw. die Batterie zurückgespeist. Das ist häufig ein Problem. Wir hatten hier ein Projekt, bei dem wir auch Bremsen mussten, die Energie jedoch nicht ins Netz zurückspeisen konnten. Letztlich haben wir Leistungswiderstände auf die Primärseite der Brücke gepackt, die wir bei Bedarf zuschalten konnten, um die anfallende Energie zu vernichten. (Bremswiderstände)

Ne Frage an Dich bevor ich weiter erkläre: Hast Du das Prinzip eines Buck- und Boost-DC-DC-Wandlers verstanden oder muss ich ganz unten anfangen?

Michael

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Michael Rübig

ne ne ich kenn mich schon aus, aber zum Patentamt lauf ich schneller (mitm Segway ungebremst)

hehe, w.

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Helmut Wabnig

Hallo,

Dann mal Dir mal ein Ersatzschaltbild: Eingangs-Elkos -> Halbbrücke -> Motordrossel -> Generatorspannungsquelle.

Und dann siehst Du, dass die Energie je nach Eingangsspannung, Tastverhältnis und Generatorspannung in den Motor hinein oder aus dem Motor heraus fließt. Manchmal ist es ein Buck-Wandler, manchmal ein Boost-Wandler.

Die Generatorspannung ist übrigens linear abhängig von der aktuellen Motordrehzahl.

Michael

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Michael Rübig

kenn mich schon aus, nur bei der Energierückgewinnung hab ich keinen Plan.

Motor in einer H Brücke, Freilaufdioden rundherum, Wohin geht die Energie wenn die Brücke abgeschaltet ist, und der Motor eine EMK liefert.

Oder Steppermotor mit Freilaufdioden wird angetrieben. (Endstufe ist abgeschaltet). Wohin geht die EMK Energie?

Es wär gut einen sochen Motor mit der Achse ind die Bohrmaschine zu spannen und mal rotieren lassen mit angeschlossenem Treiber und die Rauchzeichen zu beobachten.

Nuja.

Tatsache ist, daß die mir bekannten Elektrofahrräder und auch der Segway keine Energierückgewinnung haben. Ist also nicht grad so banal.

Es verbraten die Freilaufdioden umsonst Energie, jedoch die kommt mit Spannungspulsen vom L abschalten. Kann ich das in die Batterie zurückführen? OK. Genügt es, die Freilaufdioden auf den PLUS zu legen? Angetrieben liefert der Steppermotor aber keine sehr hohen Pulse.

Nicht zuletzt muß ein Bremsmoment entstehen, sonst is dat nischt. Und dieses muß regelbar sein.

w.

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Helmut Wabnig

Der Motor dreht im Leerlauf und bremst nicht. Erst wenn die Generatorspannung über die Eingangsspannung der Brücke steigt, fließt Strom über die Body-Dioden der MOSFETs und speisen Energie zurück.

s.o. Mit Steppermotoren meinst Du vermutlich bürstenlose. Letztendlich ist es das gleiche wie beim Bürstenmotor. Steigt die Generatorspannung über die Eingangsspannung, geht es zurück in den Eingang.

Es rauchen höchstens die Elkos ab, weil deren Spannung immer weiter steigt. Oder aber die Spannungsfestigkeit der FETs reicht nicht aus.

Die Energierückgewinnung ist bei einer Brückenschaltung eines Motors immer schon automatisch als parasitärer Effekt mit dabei. Nur wenn Du die Brücke vollständig abschaltest (hochohmig) dreht der Motor im Leerlauf weiter.

Du meinst bürstenlose Motoren? s.o.

Das regelt man über das Tastverhältnis der Brücke.

Michael

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Michael Rübig

"Helmut Wabnig" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com... ..

Das Problem ist nicht die Rückgewinnung als mehr die Akkutechnik. Die Spannung des Motors reicht niemals aus, nennenswert Ladestrom für den Akku zu leisten. Und der Aufwand wiegt. Es gab Versuche mit einer "Reservezelle", die als Brems-Energieloch nur geladen wurde und per Inverter auch mal kräftig überladen wurde. Immerhin ist die Bremsenergie potentiell größer als die beim Beschleunigen rausgesaugte vorher, denk an Gefälle, Notbremsungen. das korreliert nicht gut mit modernen Fahrakkus. Doch eine speziell ausgelegte "Zweitzelle" kann dann den "Schmutzstrom" für Licht und mp3-Player liefern :-)

Genau, ein "Stromloch" muß her. Für solches den Akku zu verhunzen würde teuer. Dafür wäre beim größeren Fahrzeug der "Sprungfederantrieb" praktisch ;-) beim Bremsen einrasten und beim Wiederanfahren zooom! Ansonsten wäre ich für das Preßluftauto, da wäre eine Rückgewinnung per Kolbenpumpe an jedem Rad machbar .-?

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mfg,
gUnther
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gUnther nanonüm

Es sei denn man schickt die in einen (gesteuerten) lokalen Schaltregler und laesst den knallhart in die Eingangsschiene zurueckspeisen.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Danke. Jetzt verstehe ich den Sinn dieser Produktreihe:

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--
Kai-Martin Knaak
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Kai-Martin Knaak

Dann kannste gleich die Brücke weitertakten lassen, die wirkt bei Betrieb mit dem richtigen Tastverhältnis als Boost und macht genau das gleiche.

Michael

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Michael Rübig

Hallo, bevor hier weiter diskutiert und vor allem spekuliert wird: Ein einfaches Ersatzschaltbild eine DC-Motors besteht aus Motorinduktivität Lmot und Spannungsquelle Ugen

----o-----------. | | | \ S1 | | Uin | | Lmot --- o---------#####-----. --- | | | | | | \ S2 Ugen | | |

----o-----------o-------------------'

Ugen ist dabei linear abhängig von der Drehzahl des Motors. Ist Ugen = Uin, dann dreht der Motor mit Maximaldrehzahl, schneller gehts nicht mehr (motorisch).

Ersetzt man beispielhaft Ugen durch einen Kondensator:

----o-----------. | | | \ S1 | | Uin | | Lmot --- o---------#####-----. --- | | | | --- | \ S2 --- Uout | | |

----o-----------o-------------------'

Dann hat man plötzlich einen Buck-Konverter. Die Freilaufdiode ist durch S2 ersetzt (Synchrongleichrichtung).

Vertauscht man Uin durch Uout, hat man einen Boost-Konverter mit Synchrongleichrichtung. Die Mimik kann also Energie in beide Reichtungen übertragen. Die Beziehung der Spannungen lautet immer (näherungsweise): Uout=Uin*DutyCycle In welche Richtung dabei Strom übertragen wird, ist dabei zunächst mal unerheblich. Ist Uin nun etwas größer als Uout/DutyCycle fließt Energie von links nach rechts (Buck-Modus). Ist dagegen Uout etwas größer als Uin*DutyCycle, fließt Energie von rechts nach links (Boost-Modus).

Überträgt man dies wieder auf das Ersatzschaltbild mit Motor,

----o-----------. | | | \ S1 | | Uin | | Lmot ____ Ri --- o---#####---|____|--. --- | | | | | | \ S2 Ugen | | |

----o-----------o-------------------' dann wird im Buck-Betrieb der Motor angetrieben, der Boost-Betrieb dagegen gebremst (Es wird Ugen Energie entnommen, woraufhin die Drehzahl fällt).

Man kann nun einzig und allen durch Wahl des Tastverhältnisses bestimmen, ob und wie stark Energie in welche Richtung fließen soll und dadurch den Motor mehr oder weniger stark antreiben oder bremsen. Wählt man ungünstige Tastverhältnisse wird der Strom nur noch durch Ri begrenzt und kann extrem groß werden. Dies gilt aber für beide Richtungen. Eine Strombegrenzung ist also in jedem Fall zu realisieren.

Das oben beschriebene Prinzip gilt genauso für die Ansteuerung eines dreiphasen Brushlessmotors. Es ist da nur schwieriger zu verstehen. Die Gesetzmäßigkeiten sind die gleichen.

Michael

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Michael Rübig

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Als Praktikant hatte ich mal welche hartgeloetet, die hinterher das Volumen eines mittleren Schaltschranks hatten. Fuer Lokomotiven in Brasilien. Dahinter kamen Luefter der Groesse "Hollywood Tornado" und bergab flimmerte neben der Lok dann die Luft.

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

durch=20

Das Ganze funktioniert aber nur, wenn die Schalter in beide Richtungen Strom durchlassen. Im Buck-Betrieb flie=C3=9Ft der Strom jeweils nur von = Uin in Richtung Lmot. (gehen wir davon aus, dass oben + ist, dann ist die technische Stromrichtung in S1 abw=C3=A4rts und S2 aufw=C3=A4rts.

Im Boost-Betrieb muss es dann aber genau andersherum sein. Wenn S1 und S2 FETs sind, sollte das kein Problem sein. Bei bipolaren Stufen aber schon.

Gru=C3=9F, Michael Karcher

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Michael Karcher

"Kai-Martin Knaak" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@lilalaser.de...

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Taugt aber nur für Spielzeugmotoren. Wir verbasteln da ungefähr das 100fache an Leistungsfähigkeit als Bremswiderstände. Da macht Netzausfallprüfung bei dem derzeitigen Wetter gleich richtig Spass :-(

CU Ralf

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Ralf Handel
*Michael Rübig* wrote on Thu, 09-08-20 18:08:

Da S1 und S2 nie gleichzeitig geschlossen sein dürfen wird man sie wohl so ansteuern, daß sie für kurze Zeit immer beide geöffnet sind. Für eine Energieflußrichtung kann man das mit Freilaufdioden abfangen, aber für beide?

(Bevor Ihr mich mit Maqqusz vergleicht, bedenkt bitte, daß ich nur Maschinenbauer bin.)

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Axel Berger

"gUnther nanonüm" schrieb im Newsbeitrag news:4a8d67e0$0$31875$ snipped-for-privacy@newsspool3.arcor-online.net...

macht man bei NKW mittlerweile so, nur hydraulisch.

CU Ralf

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Ralf Handel

Hallo,

Du hast natürlich recht. Jedoch dürfte das bei den meisten Motortreibern der Fall sein.

Ansonsten dreht der Motor im Leerlauf, wenn das PWM unter den jeweiligen Grenzwert geht.

Michael

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Michael Rübig

"Helmut Wabnig" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Das ist total banal!

Aber nicht immer wirtschaftlich!

Ich brauche einen geeigneten Energiespeicher, der mir die kurzen aber knackigen Rückspeisungen auch aufnehmen kann. Und ich muss das ganze Antriebskonzept so auslegen, dass ich auch mit genügend hoher Spannung zurückspeisen kann. Beides macht nur Sinn, wenn die zu erwartende Einsparung auch spürbar ist. Das ist beim Fahrrad nicht zu erwarten. Bei nem 5to schweren Elektrostapler schon eher, da drückt entsprechend Masse nach. Bei Segway bin ich skeptisch ob das die Regelung des Fahrzeuges allgemein nicht deutlich schwieriger machen würde.

Weil Du die büstenlosen Motoren angesprochen hast: das geht auch mit Asynchronmotoren völlig problemlos. Die laufen nicht nur hervorragend als Servomotor sondern auch als Generator, z.B. in Windkraftanlagen, kleinen Strom- erzeugen oder bei sog. Insellösungen zur Stromerzeugung.

CU Ralf

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Ralf Handel

e
e

Wo wir schon bei dem Thema sind: Gibt es eigentlich irgend eine Faustfo= rmel nach der man die richtig dimensioniert? Es ergibt sich da ja folgendes Problem: Macht man den Widerstand zu gro=C3=9F, ist die Bremswirkung un= ter Umst=C3=A4nden zu gering, macht man den Widerstand zu klein, bleibt die= Energie im Motor stecken und heizt dessen Wicklungen auf. Bislang habe ich die immer so gew=C3=A4hlt, dass, falls der Motor bei voller Drehzahl =C3=BC= ber so einen Widerstand gebremst wird, der Widerstand den Strom auf den zul=C3=A4ssi= gen Maximalstrom (Normalbetrieb) begrenzt.

Wolfgang

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Wolfgang Draxinger

Hallo,

Wir haben den per MOSFET an die Zwischenkreiselkos gehängt und per

2-Punkt-Regler die Spannung im Zwischenkreis begrenzt. Also bei unserer Auslegung war der eher niederohmiger.

Michael

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Michael Rübig

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