Performance of SK-Ecat prototype on a six hours period

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Die Leistungsfähigkeit des Prototypen eines SK-Ecat über einen Zeitraum von sechs Stunden

Università di Bologna – Alma mater studiorum

Università di Bologna – Alma mater studiorum
Giuseppe Levi
Performance of SK-Ecat prototype on a six hours period.
11. November 2021

Performance of SK-Ecat prototype on a six hours period.


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].

SKLep-Bologna-Fig01 640x451.jpg
Abbildung 1: Bild des SK-Ecat-Prototypen mit der Steuerelektronik und dem Netzteil.

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

  1. RS. Resistor data sheet. URL: docs.rs-online.com/8b3e/0900766b815a22a3.pdf. (abgerufen am 03.11.2021)
  2. FLUKE. 187-189 User Manual. URL: dam-assets.fluke.com/s3fs-public/187_189_umita0200.pdf. (abgerufen am 03.11.2021)
  3. handsontec. D52-2047 User Manual. URL: handsontec.com/dataspecs/Instruments/DIN%20Rail%20Power%20Meter.pdf. (abgerufen am 19.07.2021)
  4. 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.

SKLep-Bologna-Fig02 566x640.jpg
Abbildung 2: Bild des SKL-Ecat-Prototypen mit der Steuerelektronik und der Spannungs­versorgung.
SKLep-Bologna-Fig03 640x534.jpg
Abbildung 3: Der Lastwiderstand im Ölbad.
SKLep-Bologna-Fig04 480x640.jpg
Abbildung 4: Ein Überblick über den Messaufbau.