Performance of SK-Ecat prototype on a six hours period: Unterschied zwischen den Versionen
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| − | Im Rahmen des Vertrages zwischen dem Fachbereich Physik und der Leonardo Corporation wurden einige Messungen durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit des Prototypen eines SK-Ecat zu ermitteln. Dieser technische Bericht beinhaltet die Ergebnisse der an diesem Prototypen durchgeführten Messungen und dient dem internen Forschungs- und Entwicklungsprozess der Leonardo Corporation und stellt keine Industriezertifizierung dar. | + | Im Rahmen des Vertrages zwischen dem Fachbereich Physik und der Leonardo Corporation wurden einige Messungen durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit des [https://de.wikipedia.org/wiki/Prototyp_(Technik) Prototypen] eines SK-Ecat zu ermitteln. Dieser technische Bericht beinhaltet die Ergebnisse der an diesem Prototypen durchgeführten Messungen und dient dem internen Forschungs- und Entwicklungsprozess der Leonardo Corporation und stellt keine [https://de.wikipedia.org/wiki/Zertifizierung Industriezertifizierung] dar. |
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| − | Die aus dem System herausführenden Drähte waren auf direktem Wege mit einem Lastwiderstand verbunden, der in einem | + | Die aus dem System herausführenden Drähte waren auf direktem Wege mit einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Lastwiderstand Lastwiderstand] verbunden, der in einem [https://de.wikipedia.org/wiki/Transformatorenöl Isolieröl]bad gekühlt wurde. Bei dem Lastwiderstand handelte es sich um ein handelsübliches Modell „Arcol 21.10 GB HS 150 1 R J“<ref name="ref03">RS. Resistor data sheet. URL: [https://docs.rs-online.com/8b3e/0900766b815a22a3.pdf docs.rs-online.com/8b3e/0900766b815a22a3.pdf]. (abgerufen am 03.11.2021)</ref>. |
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| − | Die durchgeführten Messungen betrafen die Leistungsaufnahme und -abgabe des Systems. Die Eingangsleistung wurde direkt an der 220-V-50-Hz-Steckdose unter Verwendung eines industriellen Leistungsmessgerätes gemessen. Die Ausgangsleistung wurde mit einem hochpräzisen Multimeter FLUKE 189 gemessen.<ref name="ref01">FLUKE. 187-189 User Manual. URL: [https://dam-assets.fluke.com/s3fs-public/187_189_umita0200.pdf dam-assets.fluke.com/s3fs-public/187_189_umita0200.pdf]. (abgerufen am 03.11.2021)</ref> Zu Kontrollzwecken kam gelegentlich ein zweites Multimeter zum Einsatz, das eine geringere Genauigkeit aufwies und Ergebnisse lieferte, die mit denen des ersten Multimeters völlig übereinstimmten. Die erste Messung, die durchgeführt wurde, diente der Bestimmung des tatsächlichen Wertes des Lastwiderstands. | + | Die durchgeführten Messungen betrafen die [https://de.wikipedia.org/wiki/Bedarf_an_elektrischer_Energie Leistungsaufnahme] und [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leistung -abgabe] des Systems. Die Eingangsleistung wurde direkt an der 220-V-50-Hz-Steckdose unter Verwendung eines industriellen [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsmesser Leistungsmessgerätes] gemessen. Die Ausgangsleistung wurde mit einem hochpräzisen Multimeter FLUKE 189 gemessen.<ref name="ref01">FLUKE. 187-189 User Manual. URL: [https://dam-assets.fluke.com/s3fs-public/187_189_umita0200.pdf dam-assets.fluke.com/s3fs-public/187_189_umita0200.pdf]. (abgerufen am 03.11.2021)</ref> Zu Kontrollzwecken kam gelegentlich ein zweites [https://de.wikipedia.org/wiki/Multimeter Multimeter] zum Einsatz, das eine geringere Genauigkeit aufwies und Ergebnisse lieferte, die mit denen des ersten Multimeters völlig übereinstimmten. Die erste Messung, die durchgeführt wurde, diente der Bestimmung des tatsächlichen Wertes des [https://de.wikipedia.org/wiki/Lastwiderstand Lastwiderstands]. |
| − | '''Tabelle 1: Messung des Lastwiderstands mit einem Wert von 1 Ω, der dem Nennwert des Widerstands entspricht.''' | + | '''Tabelle 1: Messung des Lastwiderstands mit einem Wert von 1 Ω, der dem Nennwert des [https://de.wikipedia.org/wiki/Widerstand_(Bauelement) Widerstands] entspricht.''' |
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| − | Angesichts des geringen Wertes des Lastwiderstandes wurde beschlossen, kein Amperemeter in Reihe in den Stromkreis zu schalten, um die Versuchsbedingungen nicht zu beeinflussen. Aus der Messung des Spannungsabfalls an den Widerstandsklemmen lassen sich der Strom und die Verlustleistung leicht ermitteln. | + | Angesichts des geringen Wertes des Lastwiderstandes wurde beschlossen, kein [https://de.wikipedia.org/wiki/Strommessgerät Amperemeter] in Reihe in den [https://de.wikipedia.org/wiki/Stromkreis Stromkreis] zu schalten, um die Versuchsbedingungen nicht zu beeinflussen. Aus der Messung des [https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsabfall Spannungsabfalls] an den Widerstandsklemmen lassen sich der [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom Strom] und die [https://de.wikipedia.org/wiki/Verlustleistung Verlustleistung] leicht ermitteln. |
| − | Die mit einem industriellen Wattmeter<ref name="ref02">handsontec. D52-2047 User Manual. URL: [https://www.handsontec.com/dataspecs/Instruments/DIN%20Rail%20Power%20Meter.pdf handsontec.com/dataspecs/Instruments/DIN%20Rail%20Power%20Meter.pdf]. (abgerufen am 19.07.2021)</ref> gemessene Eingangsleistung wurde zunächst im vom Stromnetz getrennten Zustand und anschließend im eingeschalteten Zustand gemessen, so dass die Verluste durch das Stromnetz herausgerechnet werden konnten. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Nettoaufnahme zu gering war, um gemessen werden zu können, da sie unter der Empfindlichkeit des Gerätes lag. | + | Die mit einem industriellen [https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsmesser Wattmeter]<ref name="ref02">handsontec. D52-2047 User Manual. URL: [https://www.handsontec.com/dataspecs/Instruments/DIN%20Rail%20Power%20Meter.pdf handsontec.com/dataspecs/Instruments/DIN%20Rail%20Power%20Meter.pdf]. (abgerufen am 19.07.2021)</ref> gemessene Eingangsleistung wurde zunächst im vom Stromnetz getrennten Zustand und anschließend im eingeschalteten Zustand gemessen, so dass die Verluste durch das Stromnetz herausgerechnet werden konnten. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Nettoaufnahme zu gering war, um gemessen werden zu können, da sie unter der Empfindlichkeit des Gerätes lag. |
| − | Während des Betriebs des Geräts war das Wattmeter immer in Funktion und zeigte eine konstante Leistungsaufnahme an. | + | Während des Betriebs des Geräts war das Wattmeter immer in Funktion und zeigte eine konstante [https://de.wikipedia.org/wiki/Bedarf_an_elektrischer_Energie Leistungsaufnahme] an. |
'''Tabelle 2: Messung der vom Prototypen aufgenommenen Leistung. Die Leistung war zu gering, um mit dem verwendeten industriellen Wattmeter gemessen werden zu können. Unter Berücksichtigung der Genauigkeit des verwendeten Wattmeters stimmen die beiden Werte jedoch überein.''' | '''Tabelle 2: Messung der vom Prototypen aufgenommenen Leistung. Die Leistung war zu gering, um mit dem verwendeten industriellen Wattmeter gemessen werden zu können. Unter Berücksichtigung der Genauigkeit des verwendeten Wattmeters stimmen die beiden Werte jedoch überein.''' | ||
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| Leerlaufleistung || 0,8 || W || 0,05 | | Leerlaufleistung || 0,8 || W || 0,05 | ||
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Während des gesamten Messzeitraums von etwa sechs Stunden wurde an den Enden des Widerstandes kontinuierlich der Spannungsabfall gemessen. Auch bei ausgeschaltetem Gerät wurde an den Enden des Widerstands ein geringer Spannungsabfall gemessen. | Während des gesamten Messzeitraums von etwa sechs Stunden wurde an den Enden des Widerstandes kontinuierlich der Spannungsabfall gemessen. Auch bei ausgeschaltetem Gerät wurde an den Enden des Widerstands ein geringer Spannungsabfall gemessen. | ||
| − | '''Tabelle 3: Spannungsabfall an den | + | '''Tabelle 3: Spannungsabfall an den Widerstandsklemmen für den Ecat SKL. Der Wert blieb während des Messzeitraumes nahezu konstant. Es werden sechs Datenpunkte aufgeführt. Die [https://de.wikipedia.org/wiki/Messabweichung Messgenauigkeit] betrug 1 mV. Es zeigte sich eine geringe Abhängigkeit der Messung von der Umgebungshelligkeit.''' |
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== 3. Abschließende Überlegungen == | == 3. Abschließende Überlegungen == | ||
| − | Der untersuchte Prototyp erzeugt offensichtlich eine Leistung von etwa 100 W, wobei er weniger als 1 W verbraucht. Die Herkunft der freigesetzten Leistung ist dem Verfasser dieses Berichtes nicht bekannt. Wie die durchgeführten Messungen gezeigt haben, wurden insgesamt ≈ | + | Der untersuchte Prototyp erzeugt offensichtlich eine Leistung von etwa 100 W, wobei er weniger als 1 W verbraucht. Die Herkunft der freigesetzten Leistung ist dem Verfasser dieses Berichtes nicht bekannt. Wie die durchgeführten Messungen gezeigt haben, wurden insgesamt ≈ 624 Wh an Energie erzeugt. Wenn man berücksichtigt, dass das Gesamtvolumen 567 cm<sup><small>3</small></sup> = 0,563 l und das Gesamtgewicht etwa 250 g beträgt, zeigt sich, dass die [https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte Energiedichte] des Prototypen die [https://de.wikipedia.org/wiki/Gravimetrie gravimetrische] und die [https://de.wikipedia.org/wiki/Volumen volumetrische] Energiedichte bekannter [https://de.wikipedia.org/wiki/Batterie_(Elektrotechnik) Batterien] zu übertreffen scheint<ref name="ref04">University of Washington. Li-Ion-Batterien. URL: [https://www.cei.washington.edu/education/science-of-solar/battery-technology cei.washington.edu/education/science-of-solar/battery-technology]. (abgerufen am 08.11.2021)</ref>. |
== Erklärung über das Nichtvorliegen eines Interessenkonflikts == | == Erklärung über das Nichtvorliegen eines Interessenkonflikts == | ||
| − | Der Autor erklärt hiermit, dass zwischen ihm und keiner anderen Person, Firma oder Organisation ein möglicher Interessenkonflikt oder eine finanzielle oder persönliche Beziehung besteht, die die Durchführung und die Ergebnisse dieser Untersuchung in unangemessener Weise beeinflussen könnte. | + | Der Autor erklärt hiermit, dass zwischen ihm und keiner anderen Person, Firma oder Organisation ein möglicher [https://de.wikipedia.org/wiki/Interessenkonflikt Interessenkonflikt] oder eine finanzielle oder persönliche Beziehung besteht, die die Durchführung und die Ergebnisse dieser Untersuchung in unangemessener Weise beeinflussen könnte. |
== Referenzen == | == Referenzen == | ||
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<div style="width:480px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">Abbildung 4: Ein Überblick über den Messaufbau.</div> | <div style="width:480px; font-size:0.85em; font-weight:bold; line-height:1.3em; margin:1em 0 1.5em 1em; text-align:left;">Abbildung 4: Ein Überblick über den Messaufbau.</div> | ||
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Aktuelle Version vom 21. Februar 2023, 12:22 Uhr
Die Leistungsfähigkeit des Prototypen eines SK-Ecat über einen Zeitraum von sechs Stunden
Università di Bologna – Alma mater studiorum
Giuseppe Levi
Performance of SK-Ecat prototype on a six hours period.
11. November 2021
Zusammenfassung
Im Rahmen des Vertrages zwischen dem Fachbereich Physik und der Leonardo Corporation wurden einige Messungen durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit des Prototypen eines SK-Ecat zu ermitteln. Dieser technische Bericht beinhaltet die Ergebnisse der an diesem Prototypen durchgeführten Messungen und dient dem internen Forschungs- und Entwicklungsprozess der Leonardo Corporation und stellt keine Industriezertifizierung dar.
1. Einleitung
Der untersuchte Prototyp (siehe Abbildung 1) bestand aus einem kleinen weißen Kasten mit einer quadratischen Grundfläche und einer Kantenlänge von 7 cm sowie einer Höhe von 9 cm, der auf einem silberfarbenen Quader mit einer Grundfläche von 9 x 7 cm und einer Höhe von 2 cm aufgesetzt war. Einige Drähte mündeten in den oberen Teil und zwei Gruppen von Kabeln, rote und schwarze, führten aus dem unteren Teil heraus. Das Gewicht des gesamten Prototypen betrug etwa 250 g. Es war nicht möglich, das Innere zu inspizieren, aber es wurde beobachtet, dass während des Betriebs kaltes weißes Licht aus dem Unterteil austrat.
Der Prototyp war an mehrere Steuerelektronikplatinen angeschlossen, die über eine an das Stromnetz angeschlossene Spannungsversorgung betrieben wurden.
Die aus dem System herausführenden Drähte waren auf direktem Wege mit einem Lastwiderstand verbunden, der in einem Isolierölbad gekühlt wurde. Bei dem Lastwiderstand handelte es sich um ein handelsübliches Modell „Arcol 21.10 GB HS 150 1 R J“[1].
2. Die Messungen
Die durchgeführten Messungen betrafen die Leistungsaufnahme und -abgabe des Systems. Die Eingangsleistung wurde direkt an der 220-V-50-Hz-Steckdose unter Verwendung eines industriellen Leistungsmessgerätes gemessen. Die Ausgangsleistung wurde mit einem hochpräzisen Multimeter FLUKE 189 gemessen.[2] Zu Kontrollzwecken kam gelegentlich ein zweites Multimeter zum Einsatz, das eine geringere Genauigkeit aufwies und Ergebnisse lieferte, die mit denen des ersten Multimeters völlig übereinstimmten. Die erste Messung, die durchgeführt wurde, diente der Bestimmung des tatsächlichen Wertes des Lastwiderstands.
Tabelle 1: Messung des Lastwiderstands mit einem Wert von 1 Ω, der dem Nennwert des Widerstands entspricht.
| Messung | Wert | Einheit |
| Widerstand des Kabels | 0,4 | Ω |
| Gesamtwiderstand | 1,4 | Ω |
| Lastwiderstand | 1,0 ± 0,2 | Ω |
Angesichts des geringen Wertes des Lastwiderstandes wurde beschlossen, kein Amperemeter in Reihe in den Stromkreis zu schalten, um die Versuchsbedingungen nicht zu beeinflussen. Aus der Messung des Spannungsabfalls an den Widerstandsklemmen lassen sich der Strom und die Verlustleistung leicht ermitteln.
Die mit einem industriellen Wattmeter[3] gemessene Eingangsleistung wurde zunächst im vom Stromnetz getrennten Zustand und anschließend im eingeschalteten Zustand gemessen, so dass die Verluste durch das Stromnetz herausgerechnet werden konnten. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Nettoaufnahme zu gering war, um gemessen werden zu können, da sie unter der Empfindlichkeit des Gerätes lag.
Während des Betriebs des Geräts war das Wattmeter immer in Funktion und zeigte eine konstante Leistungsaufnahme an.
Tabelle 2: Messung der vom Prototypen aufgenommenen Leistung. Die Leistung war zu gering, um mit dem verwendeten industriellen Wattmeter gemessen werden zu können. Unter Berücksichtigung der Genauigkeit des verwendeten Wattmeters stimmen die beiden Werte jedoch überein.
| Messung | Wert | Einheit | cos Φ |
| Leerlaufleistung | 0,8 | W | 0,05 |
| Leistung im Betrieb | 0,6 | W | 0,06 |
Während des gesamten Messzeitraums von etwa sechs Stunden wurde an den Enden des Widerstandes kontinuierlich der Spannungsabfall gemessen. Auch bei ausgeschaltetem Gerät wurde an den Enden des Widerstands ein geringer Spannungsabfall gemessen.
Tabelle 3: Spannungsabfall an den Widerstandsklemmen für den Ecat SKL. Der Wert blieb während des Messzeitraumes nahezu konstant. Es werden sechs Datenpunkte aufgeführt. Die Messgenauigkeit betrug 1 mV. Es zeigte sich eine geringe Abhängigkeit der Messung von der Umgebungshelligkeit.
| Messung | Wert | Einheit |
| Spannungsabfall (11.10) | 11,4 | V |
| Spannungsabfall (11,50) | 11,6 | V |
| Spannungsabfall (12,15) | 11,7 | V |
| Spannungsabfall (14,32) | 11,7 | V |
| Spannungsabfall (16,02) | 11,7 | V |
| Spannungsabfall (17,12) | 11,7 | V |
| Spannung aus | ≈ 0,12 | V |
3. Abschließende Überlegungen
Der untersuchte Prototyp erzeugt offensichtlich eine Leistung von etwa 100 W, wobei er weniger als 1 W verbraucht. Die Herkunft der freigesetzten Leistung ist dem Verfasser dieses Berichtes nicht bekannt. Wie die durchgeführten Messungen gezeigt haben, wurden insgesamt ≈ 624 Wh an Energie erzeugt. Wenn man berücksichtigt, dass das Gesamtvolumen 567 cm3 = 0,563 l und das Gesamtgewicht etwa 250 g beträgt, zeigt sich, dass die Energiedichte des Prototypen die gravimetrische und die volumetrische Energiedichte bekannter Batterien zu übertreffen scheint[4].
Erklärung über das Nichtvorliegen eines Interessenkonflikts
Der Autor erklärt hiermit, dass zwischen ihm und keiner anderen Person, Firma oder Organisation ein möglicher Interessenkonflikt oder eine finanzielle oder persönliche Beziehung besteht, die die Durchführung und die Ergebnisse dieser Untersuchung in unangemessener Weise beeinflussen könnte.
Referenzen
- ↑ RS. Resistor data sheet. URL: docs.rs-online.com/8b3e/0900766b815a22a3.pdf. (abgerufen am 03.11.2021)
- ↑ FLUKE. 187-189 User Manual. URL: dam-assets.fluke.com/s3fs-public/187_189_umita0200.pdf. (abgerufen am 03.11.2021)
- ↑ handsontec. D52-2047 User Manual. URL: handsontec.com/dataspecs/Instruments/DIN%20Rail%20Power%20Meter.pdf. (abgerufen am 19.07.2021)
- ↑ University of Washington. Li-Ion-Batterien. URL: cei.washington.edu/education/science-of-solar/battery-technology. (abgerufen am 08.11.2021)
A. Fotografien des SKL-Ecat am Messstandort.
