Priusfreunde.de

Guten Tag meine Toyota Hybrid Freunde.
Habe mir eine Frage gestellt: Die HV Batterie im Prius hat ca. 200V.
Der MG1 und MG2 werden mit 650V betrieben.
Aber warum verbaut man den nicht gleich eine 650V Batterie ein und
spart sich das Hochtransformieren auf 650v DC, dann auf AC.
Es sind doch Verluste dabei?? Weiß einer die Lösung??
MfG MK

Die Verluste hast Du sowieso weil die Gleichspannung aus dem Akku in jedem Fall in Wechselspannung umgewandelt werden muss.

Es wird direkt von 200V DC auf bis zu 650V AC konvertiert (die AC-Spannung ist lastabhängig).

Höhere Batteriespannungen braucht es, wenn man höhere Leistungen abrufen oder rekuperieren bzw. laden möchte, weil der Strom pro Zelle begrenzt ist und bei niedrigen Spannungen dickere Kabel nötig sind. Hohe Batteriespannungen stellen jedoch auch höhere Sicherheitsanforderungen.

Einer meinte das die Batterie bei 650V größer sei und dadurch mehr Gewicht haben würde. Jemand anderes meinte wegen der Leistung. Aber P=UxI. Macht kein Sinn. Denn höhere Leistung geringerer Strom dünnere Kabel. Wäre eher ein Nachteil eine 200V Batterie ein zu bauen.

Bei der Masse der aktuellen BEVs ist die Akkuspannung 400 V. Die ganz neuen, z.B. Kia EV6, haben jetzt 800 V.

Das erlaubt höhere Leistungen, z.B. beim Schnellladen >200 kW, ohne den Strom erhöhen zu müssen.

Gruß Thorsten

MK487 schrieb:
Jemand anderes meinte wegen der Leistung. Aber P=UxI. Macht kein Sinn.
Meine Überlegung dazu:

Um eine Batterie mit der gewünschten Spannung zu erhalten zu erhalten, schaltet man mehrere Zellen in Serie. Für die Gewünschte Kapazität werden mehrere Serien parallel geschaltet.
Der maximale Strom durch jede Serie ist Limitiert durch den maximalen Strom, den eine Zelle verträgt.

Wenn ich bei einer Batterie, die z.B. für ihre Kapazität aus 3 parallel geschalteten Serien besteht, mit den vorhandenen Zellen die Spannung verdreifachen will, kann ich einfach die drei Serien, statt parallel auch seriell zusammenschalten.
Dann hätte ich alle Zellen hinter einander und als maximaler Batteriestrom wäre nur 1/3 der Parallelschaltung zulässig, bei der sich der Strom auf 3 Stränge verteilt.

Damit ist das maximale U*I (in diesem Beispiel) auch nur 1/3 vom ursprünglichen Wert.
(In der Praxis werden Zellen zu Modulen zusammengeschaltet, die man wie Zellen wieder parallel oder in Serie schalten kann).

MK487 schrieb:
Einer meinte das die Batterie bei 650V größer sei und dadurch mehr Gewicht haben würde. Jemand anderes meinte wegen der Leistung. Aber P=UxI. Macht kein Sinn. Denn höhere Leistung geringerer Strom dünnere Kabel. Wäre eher ein Nachteil eine 200V Batterie ein zu bauen.
Hm... also mal ganz grob gerechnet bräuchte man bei 3.6V Zellspannung für 650V ca 180 Zellen.

Der Prius+ z.B. hat aber nur 56 Zellen zu je 18Wh, was insgesamt 201.6V und 1,008kWh ergibt.


Also ja - hier würde der Akku schwerer werden, selbst wenn man die Kapazität der Einzelzellen reduziert. Muss ja immernoch ne Hülle um die Zellen + und Material für die Elektroden + Verkabelung.


Ansonsten kann ich mich nur wiederholen: höhere Akkuspannung bedeutet höhere Sicherheitsanforderungen, was die ganze Konstruktion aufwändiger und damit teurer macht. 800V Gleichspannung sind echt kein Pappenstiel

Jop. Plausibel. Die Rechnung und die Texte vorher weisen auf mehr Gewicht und aufwendigere Bauweise.

priusb78 schrieb:
Bei der Masse der aktuellen BEVs ist die Akkuspannung 400 V. Die ganz neuen, z.B. Kia EV6, haben jetzt 800 V.

Das erlaubt höhere Leistungen, z.B. beim Schnellladen >200 kW, ohne den Strom erhöhen zu müssen.

ich finde das ist etwas arg 'verkürzt' betrachtet.

am einfachsten beim Prius erklärt:

Jeder Motor erzeugt eine Gegenspannung, wenn er sich schneller dreht als das Magnetfeld - wir nennen es Rekuperation.

Hierbei gibt es aber ein kleines Problem zu lösen:

Wenn man den Motor mit z.B. 500V betreibt - OK!
Aber im "Rekuperations-Modus" ist die generierte Spannung VIEL geringer ! - da hilft Dir dein P=U*I nix - U ist geringer.
(liegt am Motor-Design wie hoch sie ist)

Deswegen hat der Prius ja diesen besagten Spannungs-verdoppler im Inverter ! D.h. etwas vereinfacht:

beim 'Fahren': HV-Batterie 200V -> Verdoppler -> 500V -> Motor.
beim Rekuperieren: ~200V vom Motor -> Batterie !

Ich glaube wirklich nicht, dass ausser dem On-Board-Lade-Gerät hier irgendwas mit 800V funktioniert ...

Ich stelle mir das eher so vor, dass es mit 200V funktioniert.
Und das Lade-Gerät - 800V am Eingang hat - und z.B. 4 HV-Batterie-Gruppen je 200V IN REIHE schaltet - um sie zu laden.

Wenn man dann das Ladegerät abstöpselt - werden die Akku-Gruppen wieder parallel geschaltet - um dann z.B. mit 200V (4P) oder 400V (2S2P) den Verdoppler+Inverter+Motor zu versorgen ...

Smoothie schrieb:
als maximaler Batteriestrom wäre nur 1/3 der Parallelschaltung zulässig, bei der sich der Strom auf 3 Stränge verteilt.
Damit ist das maximale U*I (in diesem Beispiel) auch nur 1/3 vom ursprünglichen Wert.
Der letzte Satz ist natürlich Unsinn. Da mich aber keiner korrigiert, mache ich es selbst.
Da jetzt die 3-fache Spannung anliegt, bleibt U*I unverändert.

hirni schrieb:
...

Ich glaube wirklich nicht, dass ausser dem On-Board-Lade-Gerät hier irgendwas mit 800V funktioniert ...

...[/quote]

Der Porsche Taycan und der Kia EV6 sind die ersten beiden, die die 800 V-Architektur auch in der Leistungselektronik und den E-Motoren umgesetzt haben.
Siehe z.B.:Porsche Taycan

Hyundai/Kia:
Vitesco 800 V

Gruß Thorsten

priusb78 schrieb:

Der Porsche Taycan und der Kia EV6 sind die ersten beiden, die die 800 V-Architektur auch in der Leistungselektronik und den E-Motoren umgesetzt haben.

Hmm ... ein wenig gegoogelt:

Damit man auch mit 400V DC oder AC laden kann, haben die einen 150kW Boost-Converter drin nur zum Laden ... lustig:

www.preh.com/produkte/elektromobilitaet

jetzt würde mich nur noch interessieren, wie sie das mit der Rekuperation machen, wo die Spannung während der Rekuperation ja höher sein muss als 800V - sonst fliesst ja der Strom nicht zurück in die Batterie ... hmm...

Die Sache mit der Rekuperation überzeugt. Und auch die Zellenzahl ist ein gutes Argument. Zumal man ja die Zellen zumindest gruppenweise, wenn nicht einzeln, überwachen möchte, um etwa eine ungleiche Aufladung oder Entladung auszugleichen. Das geht dann nicht ohne entsprechende Kabel und Steuergeräte. Mehr Spannung geht nur mit mehr Zellen, die dann auch mehr Drumherum erfordern.

Einen in meinen Augen nicht ganz unwichtigen Punkt hat aber noch niemand angeführt:

Elektrogeräte jeder Art macht man in der Regel sicher, indem man sie bei Nichtgebrauch abschaltet. Genau das geht bei Akkus nicht. Man kann die abtrennen, seis vom Lader oder den Verbrauchern. Man kann den Akku, der ja ein chemischer Energiespeicher ist, aber nicht abschalten. Je höher die Spannung, umso problematischer kann das werden. (Auch, wenn der Strom auch noch eine Rolle spielt...)

Ansonsten muss man sich halt fragen, wie man es machen will: Will man ein System bauen, das den Akku beim Bremsen zumindest teilweise laden kann, ohne dass man dafür die Spannung hochsetzen muss oder nicht?
Fakt ist: In die andere Richtung, von der Batterie zum (Drehstrom)Motor gehts nie ohne Wechselrichter. Der muss die zur Motordrehzahl passende Frequenz liefern und aus Gleichstrom Drehstrom machen, sonst gehts nicht voran. Wenn dann wenigstens beim Bremsen die Spannung einigermassen passt, braucht man im Idealfall nur noch gleichrichten...

Der Aufwand einen Wechselrichter für das Rekuperieren, er ist eh nötig, da man ja geregelt bremsen möchte, auch noch für höhere DC Spannung auszulegen ist unproblematisch. Es stellt keine relevante zusätzliche Hürde da aus 200V AC 400V DC oder 800V DC mache. Es kostet einfach mehr für die entsprechenden Leistungshalbleiter und Elektroinstallation.
Da man mit den 800V Kisten <€100k vermutlich eh Verlust macht, kommt es darauf auch nicht mehr an.

Es ist heute keine Kunst mehr ein E-auto zu bauen, aber es ist eine Kunst damit auch eine ordentliche Marge zu machen.
VW ist immerhin nahe an der 0 seit dem ID3. Beim e-Up hat VW laut Diess 5k pro Auto draufgelegt.
Falls sich einer also wundert, warum die den tollen e-Up nicht in großer Stückzahl gebaut haben...
Man hat bei VW vor ab 2025 mit E-autos Marge zu machen. Vorher ist es Markterschließung.
Das ist bei Hyundai und co nicht anders.

ive schrieb:
Der Aufwand einen Wechselrichter für das Rekuperieren, er ist eh nötig, da man ja geregelt bremsen möchte, auch noch für höhere DC Spannung auszulegen ist unproblematisch.

OK - das überzeugt mich - ganz im Ernst.

Auf der Seite von Preh sieht man ja, dass der Taycan ja auch f. die Wank-Stabilisierung (48V) - eine Rekuperation hat. (also - Fahrwerk schaukeln - erzeugt auch Strom!)

...also kann man das so auch bei der Rekuperation vom Fahrmotor machen. Verstanden!

Wenn ich das so sehe - fasziniert mich immer wieder diese elegeante Einfachheit - wie Toyota dies implementiert hat.

BTW - die generelle Steuerung - also das Umschalten zwischen Motor/Generator - ist hier rel. einfach erklärt:

de.wikipedia.org/wiki/Vierquadrantensteller

Ja, da musste die Autoindustrie nichts grundsätzlich Neues erfinden. 4-Quadrantensteller für Motor- und Generatorbetrieb gibt es in der Industrie, z.B. bei Servomotoren in Werkzeugmaschinen und auch in elektrischen Antrieben für Züge, Straßenbahnen etc., schon sehr lange.

Gruß Thorsten