Hvorfor er Tesla S motorer så tunge? | Tesla Forum

Har svært ved at se sammenligningen med Veyron kan bidrage.
Det er et andet koncept med andre failure scenarios.

Læs MOS indlæg igen om bremseskiverne. En Veyron motor og en 11kg elmotor har to meget forskellige kølebehov.

Kan ikke få skrevet en ordentlig passage der overhovedet starter med at omfavne de største problemer med en letvægts elmotor til bil-drift.

Efter devisen, skal man bruge for mange ord på at forklare noget må det være løgn, så jeg lader være.
Da jeg er ingeniør og mit job er at designe forbrændingsmotorer kan jeg ikke begrænse mig til korte sætninger på dette område, desværre.

- R

 

Citat fra RobertJ

Har svært ved at se sammenligningen med Veyron kan bidrage.
Det er et andet koncept med andre failure scenarios.

Læs MOS indlæg igen om bremseskiverne. En Veyron motor og en 11kg elmotor har to meget forskellige kølebehov.

Kan ikke få skrevet en ordentlig passage der overhovedet starter med at omfavne de største problemer med en letvægts elmotor til bil-drift.

Efter devisen, skal man bruge for mange ord på at forklare noget må det være løgn, så jeg lader være.
Da jeg er ingeniør og mit job er at designe forbrændingsmotorer kan jeg ikke begrænse mig til korte sætninger på dette område, desværre.

- R

Du må gerne gå full-blown for min skyld. Er selv ingeniør og har haft et stunt med at designe el-motorer, inverter og styring heraf tidligere.

Men mediet har nok svært ved at bære diskussion, jeg er sikker på vi hurtig ville finde ud af hvad det er der driller os med et par figurerer.

Jeg har svært ved at se hvordan størrelsen af motoren indfluerer på behovet for aktiv køling. Passiv køling er selvfølgelig en hel anden boldgade, der er større motor lig større køling, men hvis du først har vandkøling kan jeg ikke se hvorfor kølebehovet bliver større med en mindre fysisk motor, hvis altså tabene er ens.

Veyron var bare et eksempel på en bil der har måske en faktor 20 mere behov for køling men ikke ligner dit billede.

 

Men hvis vi lige starter med et par ligninger, vi måske kan blive enige om for en el-motor. Hvis vi siger vi har en 100kW motor, så tænker jeg det er 100kW mekanisk effekt den kan levere, således at:

P_el = P_mek + P_tab

P_mek er mekansik energi på akslen, P_tab er mekanisk tab i lejer, elektrisk ohmsk tab i motor vindinger, magnetisk tab i hysterese i BH kurven. Jeg tænker for en god motor er P_tab måske 5% af P_el. P_tab bliver til varme og jeg antager at der er et fornuftigt vandbåret kølesystem der flytter dette eneten en køleribbe med ventilator, kabinevarme eller lign.

Jeg kan ikke se at P_tab har et fornuftigt forhold til den fysiske størrelse af motoren. Selvfølgelig sker der ting hvis effektiviteten/virkningsgraden af motoren er dårlig, men ellers kan jeg ikke se sammenhængen.

Citat fra MOS

@jensk2

Nogle fine tanker, du kommer med. Jeg tror, det er den helt rigtige opskrift på fremtidens optimale elbil.

 

@edge

For en sikkerheds skyld, bør en bil nok kunne bremse ned med de mekaniske bremser alene uden brug af regenerativ bremsning - i hvert fald én gang, uden at bremserne bliver for varme. Regenerativ bremsning bliver nok brugt i de fleste tilfælde, men er ikke tilstrækkeligt ved en hård opbremsning ved høj fart. Og virker næsten slet ikke, hvis batteriet er koldt og eller fuldt opladet.

Hvis en Tesla skulle kunne lave én hård opbremsning fra 250 km/h til 0, så skal der dissiperes ca. 6 MJ kinetisk energi, som omdannes til varme i bremseskiverne. Med en varmefylde for stål på 460 J/(kg·K) og en tilladelig temperatur på op til 750 °C, skal der altså bruges mindst 17 kg stål til de 4 bremseskiver. Det er nok mere end cykelbremseskivetykkelse, vil jeg mene.

Men det ville være en fin idé, hvis man kunne lave nogle elmotorer, som under alle forhold kan bringe bilen til sikker standsning alene ved brug af regenerativ bremsning, evt. ved at smide overskydende elenergi ud i en brødrister, hvis ikke batteriet kan optage den. Så ville man jo kunne undvære de mekaniske bremser og på den måde forsimple konstruktionen en del.

Jeg ved ikke om jeg kan læses på anden måde, men jeg er enig i ovenstående antagelser, ikke at jeg har regnet efter dog. Men jeg kender MOS godt nok til at vide at det er svært at finde regnefejl i hans arbejde :)

Noget andet er hele diskussionen om den faktiske størrelse. Jeg tror godt en downsizing af motorer etc. kan finde sted, men generelt, så hvis levetiden skal op, så bliver ting som regel tungere. Og en motorcykel har nok ikke samme levetid som bil, og jeg tror generelt Tesla er gået lidt konservativt til værks, synes f.eks. rammen til batterierne ser meget solid ud, måske mere solid ud end man behøver. Generelt tror jeg nu det er meget klogt for en ny producent, og jeg tror vi i Model 3 ser en bil hvor der er gået tættere på grænserne. Jeg tror hvis de skulle bygge en Model S med nuværende ressourcer og viden ville den måske kun veje 1800 - 1900 kg, altså hvis de fik lov at bruge 2170 cellerne og alt andre weight reductions de har fundet. Jeg tror Model 3 kommer til at veje mellem 1500 - 1600 kg.

En elmotors P_tab må efter min bedste overbevisning afsættes i både stator og rotor.

 

En elmotor kan man køle via rotor aksel, og statorhus.

Lad os sige vægtfordelingen er ca. 1/3 alu hus, 1/3 aksel, 1/3 resten.

Kobber smelter ved 1000°C, hvis 7,5kW afsættes i/ved kobber vindingerne. (Mit gæt, er ikke expert i elmotorer)

Gætter på ca. 2 kg kobber, det når at smelte væk inden der er gået et minut ved den effekt, pga manglende masse til at aftage energien.

 

Tesla Model S idag begrænser effekten pga. overophedning ved ca. 30-40sek 'fuld last'. Folk brokker sig lidt over det, men affinder sig. En motor med 1/10 masse men halv effekt brænder sammen på under 10, det er mit bud.

Lidt spændene målinger fra E-GT P85+.
Eneste måde at holde effekten oppe i denne type motor er at kaste mere masse i den. Forsinke overophedning til man når et niveau hvor folk kan affinde sig i at effekten bliver reduceret.

 

Skal vi alle køre rundt i biler der begrænser effekten efter 10 sek, så havde jeg ikke købt min S'er.

 

Jeg tror du har ret i Tesla er gået konservativt til værks, men uopdaget tærren er farligt at begi sig ud på når man ikke kan tåle at tabe.

- R

Tror måske det er en ikke diskussion vi har gang i. Der er vist ikke nogen af os der som sådan er uenige i nogle af eksemplerne. Der er en snak om hvorvidt man kan downsize motor/gearkasse hos Tesla. Det tror jeg man kan, især hvis der er mere effektiv køling. Jeg har tidligere kigget på en 100kW PM motor som jeg med nød kunne bære der havde effektiv vandkøling, og så en 100kW motor til industri med luft blæser som skulle løftes med en truck. Effekten er kun en parameter på en motor, torque og rpm er helt andre. Se vindmøllernes generatorer, de er ikke voldsomt store med en gearkasse, men hvis de er lavet gearløse bliver generatorerne kæmpe i diameter, fordi der er begrænset hvor hurtigt en vindmølle kan køre rundt og hvor meget moment man kan trække (tilbage til 2T i en rotortand).

Det er selvfølgelig en generalisering, og der er jo også forskel om det er induktion maskiner, PM maskiner eller reluctans maskiner.

Jeg stødte lige på denne sammenligning hvor vægten af Model S drive unit er nævnt:

http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=7310575

Jeg har ikke nærlæst den endnu, men det ser ud til jeg har fundet godnat læsning :D

Åh, tænkte ikke på at alle ikke kan see ieee.org, men genfandt den her:

http:///...ng-carsecce-2015.pdf

Til almindelige biler og den måde de må køres på, så betyder det ikke så meget om der er 100kW eller 1000kW effekt på hjulene. Det vigtigste til elbiler er lav vægt og stor virkningsgrad...og helst billigt.

 

Den bedste løsning, som nævnt mange gange, er én motor fysisk placeret i hvert hjul (navmotor).

Det giver rigtig mange fordele og umiddelbart kun én ulempe; den uønsket øget vægt af hjulet.

4 x 25kW (peak) navmotor med stor diameter vil gøre underværker på en fornuftig størrelse elbil.

Det er nok et spørgsmål om lovgivning hvis man vil undgå den mekaniske driftsbremse. 

 

 

https://www.google.dk/search?q=electric+motor+inside+the+wheel&safe=strict&rls=com.microsoft:da:%7Breferrer:source?%7D&rlz=1I7RNWE_enDK307&tbm=isch&imgil=rRLXxtPSHq-2qM%253A%253BbpDDLZ89YqJRIM%253Bhttp%25253A%25252F%25252Fwww.neogaf.com%25252Fforum%25252Fshowthread.php%25253Ft%2525253D344630&source=iu&pf=m&fir=rRLXxtPSHq-2qM%253A%252CbpDDLZ89YqJRIM%252C_&usg=__2yq5c-a8HVuYOnKRhnaHEQBHNGU%3D&biw=1600&bih=770&ved=0ahUKEwi9wcWh5-7QAhUD3SwKHUV-BeoQyjcIJg&ei=RqxOWL2GCYO6swHF_JXQDg#safe=strict&tbm=isch&q=electric+motor+wheel

Quote from mbk

Tror måske det er en ikke diskussion vi har gang i. 

Titlen i tråden er: hvorfor er mine motorer så tunge.
Jeg svarede kun direkte på jensk's ønske om at købe 4 Fenris motorer i håb om at det ville øge performance & effektivitet. Jeg sagde, Umuligt. De kan ikke holde.
De skal være tunge.

 

Quote from DavidS90D

Den bedste løsning, som nævnt mange gange, er én motor fysisk placeret i hvert hjul (navmotor).

Det giver rigtig mange fordele og umiddelbart kun én ulempe; den uønsket øget vægt af hjulet.

4 x 25kW (peak) navmotor med stor diameter vil gøre underværker på en fornuftig størrelse elbil.

 

Andre problemer med hub motorer må være at de er mere udsat for skade, vand støv osv.
Eksperter mener at der kan være behov for aktiv køling når man går over 20kW pr motor. Dette er besværligt
Styringsvanskeligheder 'Torque steering' hvis en motor svigter, vil bilen trække mod siden.

Da der allerede findes flere hub motor koncepter på markedet, må man formode de har lidt vanskeligheder endnu. Holdbarhed pris eller noget helt tredje, siden de ikke er masseproduceret på biler rundt omkring.

Fenris tingen er nok for lille. Jeg tror også vi kommer med en samlet løsning per hjul em dag, det giver større masse på dæmper, men  giver mere plads i bilen og sparer et differentiale og giver mulighed for torque vectoring (årets buzzword?) jeg tænker en løsning med DC tilslutning og en redundant kommunikation til en drive unit + bremse. Det giver plads til større skateboard batteri, større trunk og frunk i samme bil. Måske alu fælgerne kan laves som en del af motor. Måske en switched reluctans motor for at få vægt ned. Synes ecomove fra tidligere ser snedigt ud/tæt på. 

Dog er der så køling.. Måske der skal en slange til, selvom hjulet er store blæsere med turbine fælge

Citat fra mbk Fenris tingen er nok for lille.

 

Jeg bragte Fenris eksemplet for at vise HVOR let en 150kW motor KAN være. Min pointe var at det er meget bedre at konvertere potentiel energi til el, som kan genbruges, end at forøge motor/bremse/reduktionsgear/differentiale metal masse til at opsuge overskuds energi som varme, indtil man kan køle den væk (Gammeldags bremse).

Hvis man har et elektrisk system, som har motorkraft til at accelerere 2 tons fra 0-100 på 3 sekunder, har man jo også motorkraft til at stoppe fra 100-0 på 3 sekunder. Jo mere af energien der ryger i batteri (eller kondensatorer), jo mindre skal i en mekanisk nød bremse. 100-0 på 3 sekunder er ca. 0.9G og kræver en god tør asfalt for at kunne opnås.

Som illustration af potentialet, er her en kommerciel elmotor, som kontinuert kan levere 60kW uden at gå til af varme og som kan levere 160kW peak og den vejer tilsyneladende 27 kg. http://www.yasamotors.com/...oduct_Sheet.pdf ;

Min pointe er blot, at der fortsat er stort potentiale for forbedring af el-biler (som allerede er enhver ICE bil overlegen, kun undtaget den store vægt).

mvh

jens

@jensk2 - Den oliekølet pandekagemotor du linker til, ender også på næsten 100kg i en EV version :P1227 Torque Vectoring. 

 

http://www.xtrac.com/sectors/automotive-engineering/dedicated-hybrid-transmissions/product/145

Nej altså, vi snakker om optimeringer og designs uden differentialer og unødig vægt, så hvorfor linker du  til et differentiale, der vejer 45kg?

Hvis vi vil noget her, skal vi have 4 x YasaMotors @ 27 kg + 4 x Split Torque Vectoring @ 23 kg lig 200 kg i alt. Iflg specifikationer understøttes så 4x60 kW = 240kW kontinuerligt og 4x160kW = 640kW peak. En P85D har iflg. det netop indgåede norske forlig 469HK lig 380kW Peak og overslag for Tesla S P85D drivlinien er mindst 250kg. Så fortsat en to faktor vægt/effekt reduktion. (640kW/200kg = 3,2kW/kg, 380kW/250kg = 1,52kW/kg)

Citat fra jensk2

Nej altså, vi snakker om optimeringer og designs uden differentialer og unødig vægt, så hvorfor linker du  til et differentiale, der vejer 45kg?

Hvis vi vil noget her, skal vi have 4 x YasaMotors @ 27 kg + 4 x Split Torque Vectoring @ 23 kg lig 200 kg i alt. Iflg specifikationer understøttes så 4x60 kW = 240kW kontinuerligt og 4x160kW = 640kW peak. En P85D har iflg. det netop indgåede norske forlig 469HK lig 380kW Peak og overslag for Tesla S P85D drivlinien er mindst 250kg. Så fortsat en to faktor vægt/effekt reduktion. (640kW/200kg = 3,2kW/kg, 380kW/250kg = 1,52kW/kg)

Så vidt jeg kan se fra produktblad så ramme de der yasa motorer max effekt ved 4500 RPM, ved en hjul diameter på 0.55m giver det 466km/t, de har halv power ved halv speed. Desuden er continious effekterne sat meget ned, så vidt jeg kan tyde er det ved 13kW ved 250km/t kontinuert. http://www.yasamotors.com/...00_Product_Sheet.pdf

Tag et kig på den ECOmove Qwheel, 21 kg, højere moment, som er vigtigere end max effekt i tracktion opgaver, effekt er kun max speed..  40 kW, det giver 200hk i en bil med under 100kg vægt. Tror sku den er tæt på hvad man kan opnå.

http://ecomove.dk/ecomove-qwheel/

Qwheel konceptet ser jo lovende ud. Er stadig i tvivl om konceptet er holdbart udenfor områder med nylagt asfalt. Vibrationer, stød i ujævn vej er dødbringende for PCB, tandhjul, IP55 tætning... usw. En flot vægt der skal hænge ude i ophængende også.

Er man villig til at skifte hele hub wheel assembly for hver 50tkm, 100tkm?

Knækkede hjulophæng er hverdagskost for større bilproducenter.

- R

Der er grafer hvor de er brugt i 4WD application, måske de lige skulle være 60kW stk eller lign. Men fuld moment næsten hele vejen op er fed.. Bremserne ser ud til at være downsizet meget, måske ldit or meget. 

http://ecomove.dk/wp-content/uploads/2013/06/ECOmove-Powertrain-Specifications.pdf

Umiddelbart ligner det en teknologi som på nuværende tidspunkt er mest egnet til golfvogne, små kommunale renovationsvogne, lufthavnstransport etc. mere end familiebil

Citat fra P85DK

Umiddelbart ligner det en teknologi som på nuværende tidspunkt er mest egnet til golfvogne, små kommunale renovationsvogne, lufthavnstransport etc. mere end familiebil

Haha, det ser lidt for småt ud, enig, især bremsen. Anyways, giv det en faktor 2 i specs og godstykkelse og vi er good to goo.