Elektrische Anlage für Baumaschine

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hallo Experten,

im Rahmen meiner Diplomarbeit entwickele ich (immernoch) einen elektrischen Antrieb für eine Baumaschine. Ich habe allerdings Maschinenbau stuiert und hab von Elektrotechnik nicht viel Ahnung.

Nachdem ihr mir bei der Batterieauswahl schon sehr geholfen habt, jetzt die nächste Frage.

Meine Maschine hat 2 Betriebszustände:

  1. Fahrbetrieb, bei dem 2 Elektromotoren über 24V Batteriespannung betrieben werden

  2. Arbeitsbetrieb, bei dem die Maschine an 400V Netzspannung angeschlossen wird, weil ein großer Verbraucher dazu kommt. Gleichzeitig sollen aber die beiden kleinen Gleichstrommotoren auch laufen und die Batterie geladen werden.

Meine Frage ist: welche Zwischenglieder (Trafos, Laderegler,…?) brauche ich, damit das System so funktioniert?

Ich hoffe ich konnte mich einigermaßen verständlich ausdrücken, wenn ihr noch irgendwelche Infos braucht, bitte melden!!!

Vielen herzlichen Dank im Voraus,
Kathrin

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Da nicht alle den vorherigen Artikel mit den Akkus kennen, wäre ein Spezifikation des Akkus hier nochmal sinnvoll.
Aber grundsätzlich brauchst du halt ein zum Akku passendes Ladegerät, das eingeschaltet wird, wenn das Gerät an der Netzspannung betrieben wird.
Das Ganze würde ich noch über eine Relaisschaltung komplett (also Netzseitig und 24 Voltseite) trennen, wenn die Maschine nicht am Netz hängt.

Gruß von JMP

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Hallo Kathrin,

Meine Maschine hat 2 Betriebszustände:

  1. Fahrbetrieb, bei dem 2 Elektromotoren über 24V
    Batteriespannung betrieben werden

  2. Arbeitsbetrieb, bei dem die Maschine an 400V Netzspannung
    angeschlossen wird, weil ein großer Verbraucher dazu kommt.
    Gleichzeitig sollen aber die beiden kleinen Gleichstrommotoren
    auch laufen und die Batterie geladen werden.

Als erstes solltest du die Zeiten für deine Zustände 1 und 2 festlegen.

Im Fahrbetrieb bestimmen die Motorleistung und die Fahrstrecke hauptsächlich die Akku-Kapazität. In den Standzeiten wird die nötige Akkukapazität durch die Selbstentladung und Kleinverbraucher (Steuerung) bestimmt. Mit der Zunehmender Ladezyklen-Azahl nimmt die Akkukapazität auch noch etwas ab, also muss man hier noch einen Zuschlag machen.
Konkrete Werte bekommst du aber erst, wenn der Akku festgelegt ist.

Im Arbeitsbetrieb sollte dann der Akku möglichst ganz geladen werden. Hier ist also die minimale Zeit wicht, in welcher der Akku geladen werden soll. Daraus kannst du dann die Lademethode und das passende Ladegerät bestimmen. Dazu musst du aber auch den Akku festlegen.

Ideal wäre es, wenn man im Arbeitsbetrieb ein Netzgerät hat, welches den Strom für den Fahrbetrieb aufbringt, dann muss man die Fahrelektrik zwischen den beiden Stromquellen (Akku und Netzgerät) umschalten. Dies wird wohl die teuerste Lösung sein.

Die Frage ist nun, wie viel im Arbeitsbetrieb gefahren wird. Je nachdem, kann man sich dann das zusätzliche Netzgerät sparen und den Fahrstrom dem Akku entnehmen. Dies erhöht dann aber zum einen die Ladezeit und zum Anderen muss die Kombination Ladegerät/Akku auch die zeitweise entladung zu lassen. Das Ladegerät muss also den aktuellen Ladezustand des Akkus erkennen können und darf nicht einfach über die Zeit gesteuert sein.

MfG Peter(TOO)

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Hallo Peter,

erstmal vielen Dank für die schnelle Antwort.
Nun zu den weiteren Angaben:

Als erstes solltest du die Zeiten für deine Zustände 1 und 2
festlegen.

Fahren: max. 0,5 h (eher 10-15 min)
Arbeiten: max. 8 h
nochmal Fahren (s.o.)

Im Fahrbetrieb bestimmen die Motorleistung und die Fahrstrecke
hauptsächlich die Akku-Kapazität. In den Standzeiten wird die
nötige Akkukapazität durch die Selbstentladung und
Kleinverbraucher (Steuerung) bestimmt. Mit der Zunehmender
Ladezyklen-Azahl nimmt die Akkukapazität auch noch etwas ab,
also muss man hier noch einen Zuschlag machen.
Konkrete Werte bekommst du aber erst, wenn der Akku festgelegt
ist.

Motoren: 2 E-Motoren, Gesamtleistung ca. 8kW
Akku: Thundersky 15x3,2V (=48V), 160Ah

(Die Auswahl des Akkus ist noch nicht ganz sicher, vielleicht muss ich doch noch auf Traktionsbatterien umschwenken.)

Im Arbeitsbetrieb sollte dann der Akku möglichst ganz geladen
werden. Hier ist also die minimale Zeit wicht, in welcher der
Akku geladen werden soll. Daraus kannst du dann die
Lademethode und das passende Ladegerät bestimmen. Dazu musst
du aber auch den Akku festlegen.

Ideal wäre es, wenn man im Arbeitsbetrieb ein Netzgerät hat,
welches den Strom für den Fahrbetrieb aufbringt, dann muss man
die Fahrelektrik zwischen den beiden Stromquellen (Akku und
Netzgerät) umschalten. Dies wird wohl die teuerste Lösung
sein.

Die Frage ist nun, wie viel im Arbeitsbetrieb gefahren wird.
Je nachdem, kann man sich dann das zusätzliche Netzgerät
sparen und den Fahrstrom dem Akku entnehmen. Dies erhöht dann
aber zum einen die Ladezeit und zum Anderen muss die
Kombination Ladegerät/Akku auch die zeitweise entladung zu
lassen. Das Ladegerät muss also den aktuellen Ladezustand des
Akkus erkennen können und darf nicht einfach über die Zeit
gesteuert sein.

Ich habe also 2 Möglichkeiten (einfach ausgedrückt):

  1. 2 Geräte: eins lädt den Akku
    eins wandelt die Netzspannung auf 48V

  2. 1 Gerät: Ladegerät, welches den Akuu lädt, die beiden kleinen Motoren werden weiterhin über den Akku betrieben

Was mich vor allem interessiert, sind die Kosten, die mit den beiden Lösungen auf mich zukommen würden. Kannst du mir da vielleicht einen Anhaltspunkt geben oder ein Stichwort zum googlen?

MfG Peter(TOO)

Liebste Grüße,
Kathrin

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Hi, ich denke es hängt von der Wahl des Akkus ab,
eine LIFEPO4 sollte halt unter Einhaltung optimaler Bedingungen geladen werden und, um die Lebensdauer nicht zu verkürzen.

Eine Traktionsbatterie würde ich durchaus zyklisch verwenden.
Wobei zu beachten wäre das die Bleibatterie nicht so schnell geladen werden kann wie die LIFEPO.
8 h funktionieren aber.
die Frage ist jetzt wieviel wird beim Arbeiten für die Fahrmotoren entnommen, daraus kann man die Dimensionierung des Ladegeräts ermitteln.
Die Kombination aus Ladung und Akku zur Versorgung der Antiebsmotoren erfordert natürlich ein viel kleiners Ladergerät als ein Netzgerät das alleine die Versorgung der Motoren übernimmt, soferne das Verhältnis Fahren nicht zu groß wird.
OL

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Hi!

Die Leistungsverteilung sieht folgendermaßen aus:

Fahren: 8 kW für zwei Antriebe (Batteriebetrieb)

Arbeiten: 22 kW für den Arbeitsantrieb (Netzanschluss)
4 kW für die beiden oben genannten Antriebe
und die Batterie soll auch noch geladen werden

Es wäre natürlich super, wenn ich die ganze Geschichte über ein einziges Bauteil lösen könnte.
D.h. ich muss jetzt nach einem Ladegerät suchen, das in 8h die Batterie laden kann und zusätzlich, während des Arbeitens, die Energie für die Antriebe (die dann auch den Umweg über die Batterie macht) liefert, richtig?

Wenn noch jemand Informationen hat, wo ich soetwas finde oder was mich der Spaß kostet, wäre ich sehr dankbar!

Hoffe ich habe das richtig verstanden, jedenfalls schonmal herzlichen Dank für die Hilfe.

Ganz liebe Grüße,
Kathrin

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Hi

Hoffe ich habe das richtig verstanden.

nein, wichtig wäre zu wissen wieviel während der 8h gefahren wird.
aus diesem Verhältniss kann man erst sagen was Sinn macht.
160 Ah:8h ergäbe 20 Ah grob ohne Verluste.
bei der Bleiakkuladung gibts aber Verluste, dafür darf er auch nicht ganz leer sein und sollte eine höhere Kapazität aufweisen als der Lifepo um den Strom liefern zu können.
also 20 Ah Stunden sollten reichen bei keinem Fahrbetrieb, 25 oder 30 Ah Stunden mit Reserve.
Je nachdem wieviel in den 8h gefahren / verbraucht wird muss das Ladegerät größer dimensioniert sein.
Wird in den 8h also 2h gefahren werden dabei 340 Ah bei Volllast verbraucht.
das macht bei 8h zusätzliche 42 Ah zu den ca. 25Ah.
Wird hingegen in den 8h nur 1h gefahren reicht ein 21+25 Ah Ladegerät.

Blöd ist halt wenn nur die letzte Stunde gefahren wird dann ist der Akku nämlich auch nach den 8h total leer,bzw. hält er gar nicht durch.
Die Frage ist halt was in der Praxis vorkommt, und gerade bei einer Baumaschine würde ich auch Extremsituationen einplanen und zwar so dass immer alles zuverlässig funktioniert.
Das würde eher eine eigene Versorgung mit (gewandeltem) Kraftstrom für den Antrieb bedeuten.
Und zum Überstellen der Maschine am Morgen und am Abend eine seperate Ladung integrieren.
Preise suchen macht eigentlich erst Sinn wenn man weiss was man wirklich will.

OL

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Hallo,
also bei 8KW und 48 Volt Betriebsspannung sind das dann ca. 167 Ampere
Stromaufnahme…
Solche Ströme können von Akkus abgegeben werden, aber ein Netz/Ladeteil dieser Größe wird nur schwer zufinden sein ohne mit herheblichen Kosten verbunden zu sein.

JMP

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Nochmal hallo!

Es wird während der ganzen Arbeitszeit gefahren, also max. 8h wenn die Maschine ohne Unterbrechung arbeitet. Deshalb denke ich mal, dass ich doch auf die andere Lösung zurückkommen muss, oder?

Also ein separates Ladegerät, welches während der Arbeitszeit die Batterie lädt, und einen Spannungswandler, der mir den Netzstrom wandelt.

Denke mal, dann muss ich noch einen Schalter einbauen, der zwischen gewandelter Netzspannung und Batteriebetrieb umschaltet. Aber das ist wohl das kleinste Problem…

OK… eine schwere Geburt…
Ich danke nochmals für die Hilfe und werde mal fleißig weiter googlen. Für weitere Tipps bin ich natürlich immer offen!

Liebe Grüße,
Kathrin

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Hi, ja vermutlich solltest du alles mit Drehstrom betreiben, und für den Akkubetrieb einen Wandler einsetzte der die Akkugleichspannung in entsprechenden Drehstrom wandelt.
Ist vermutlich ohnehin effektiver. Moderne elektrische Antriebe arbeiten ohnehin so (Boots und Automotoren).
Und mit moderner Halbleitertechnik auch zu realisieren.
Ein Netzteil mit insgesammt 200Ah bei 48 Volt ist hingegen einfach Blödsinn, wenn die selbe Leistung mit mit ca. 1/10 Stromstärke ohne Umwandlung zu realisieren ist.

OL