Benziner auf Elektro "umbauen"?
Hallo, hab in dieser Woche mit ein paar Kumpels eine bierselige aber spritsparende Diskussion gehabt. Einer meiner Bekannten fährt einen alten Polo als Winterauto, nun hatte er die Idee, das Fahrzeug im Frühjahr zum Elektromobil umzubauen. Er pendelt ca. 6 km auf Arbeit und braucht keine große Reichweite/vmax.. Technisch waren wir (1 KFZler, 2 Mechatroniker) einhellig der Meinung, daß es durchaus möglich ist, den originalen 29 kw Benziner mit ca. 10-15 kw Elektroantrieb adäquat zu ersetzen.. Abgesehen von den Materialkosten für Motor, Umrichter, Akku, Ladeelektronik, mechanische Anpassung, hatte ich die Bedenken, daß wir dafür nie und nimmer eine Straßenzulassung bekommen. Mein Polokumpan hat sich jedoch in diese Idee verliebt und trägt im Geiste schon die Komponenten zusammen, wie ich ihn kenne, bastelt er wirklich die Karre um 😉 Nun interessiert es mich auch (da ich dann als Strippenzieher herhalten muß..), ist es durchaus möglich, für so einen Umbau die Straßenzulassung zu bekommen? Welche Kosten wären dafür einzukalkulieren? Kennt jemand Websites zum Thema?
vg Steve
37 Antworten
Rekuperation ist vom Antrieb her gegeben. Wir wollen -WENN es zum Umbau kommt - ein "fertiges" System einsetzen, das praktisch eine Drehzahl/Stromregelung beinhaltet, aus einem "Zwischenkreis" gespeist wird und beim Bremsen ein Teil der Energie in diesen Kondensatorgepufferten Zwischenkreis zurückspeist. Der Rest geht der Überschuß in die Auto-Akkus. Wir wollen mit der Zwischenkreislösung die Anzahl der Ladezyklen drastisch verringern, für normales Beschleunigen/geringes Verzögern dürfte die interne Speicherung genügen. Bremsen/Anfahren dann halt größtenteils mit Akku. Die Dimensionierung müßte noch konkretisiert werden, allerdings habe ich im Moment keine Zeit dazu. Diese Lösung ist seit Jahren im Maschinenbau auch für große Massen Standart, ich denke, das läßt sich adaptieren.
vg Steve
Wo gibt es diese Lösung?
Ein Kondensator ist gross, teuer und kann nur wenig Energie aufnehmen. Dafür aber hohe Lade- und Entladeströme verkraften. Aber ob sich dieser Zwischenkreis lohnt ist eher fraglich.
Die Zyklenanzahl ist für den Akku nicht so relevant wenn es sich nur um kleine Ladestandsänderungen wie beim Anfahren und Bremsen handelt. Problematisch dabei die kurzzeitig sehr hohen Ströme. Für die Akkulebensdauer macht es da mehr Sinn die maximale Bremsleistung per Generator zu beschränken.
Sieht man z.B. bei den Hybridfahrzeugen. Die betreiben die Akkus nur in einem kleinen Kapazitätsbereich (~40-80%, im normalen Betrieb noch enger) um so sehr viele Ladezyklen auszuhalten. Die Akkugrösse wird hierbei nur durch die maximale Bremsleistung bestimmt die man Rückgewinnen will.
Gruß Meik
Maschinenbau 😉
Da werden diese Umrichter seit Jahrzehnten eingesetzt. Vorteile sind hohe Lebenserwartungen (Industriestandart), abgestimmte Regler für die Kondensatoren, die auf die hochdynamischen Motoren abgestimmt sind usw. Nachteile sind die hohen Gewichte der Geräte. Da ich einen (A)sychronservo favoritisiere, gibts diese Einheit nur im Pack - ein Regler läßt sich da nicht dazu basteln.
Richtig ausgelegt, kann dieser Zwischenkreis schon eine ganze Ladung Energie stoßweise fassen (und abgeben!), auf alle Fälle dynamischer als reines Laden/Entladen der Bordakkus.
vg Steve
edit:
Zitat:
Problematisch dabei die kurzzeitig sehr hohen Ströme.
Genau das wird ja damit umgangen. Der Motor liefert angepeilte 10-15 kw Dauerleistung (gut, braucht der Polo nicht ständig) und das Dreifache peak - da wird der ZK voll beansprucht, da es die Akkus definitiv nicht packen. Es wird ja nur ein Teil rekuperiert (per Sollwertrücknahme vor dem Bremspunkt) - konventionelle Bremsen bleiben ja drin 😉
Umrichter und Asyncronmaschinen sind mir durchaus bekannt. Nur die Lösung mit einem "Zwischenkreis" und Kondensatoren hab ich bisher bei mobilen Antrieben noch nicht gesehen.
Denke da würde es eher lohnen auf NiMH-Akkus zu gehen, die verkraften einen relativ hohen Ladestrom etwa bis zu ihrer Kapazität, kurzzeitig auch mehr als das doppelte. Damit braucht man nur wenig Akkukapazität um die 10kW des angedachten Motors aufnehmen zu können. Bei 12V wären das runde 833A oder eben einer Akkukapazität von 833Ah wenn man auf Haltbarkeit achtet. Die Energiemenge wären damit 10kWh die maximal gespeichert werden können. Damit mehr als für die Fahrtstrecke nötig ist und gut damit der Akku nur im "Schwebebereich" betrieben werden muss bei dem er erheblich höhere Zyklenzahlen aushalten kann.
833Ah bei NiMH hätten bei heutigem Stand der Grosserie etwa 125kg Gewicht.
Gruß Meik
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Nur kurz, damit es keine Mißverständisse gibt, ich möchte keine normalen Asynchronmaschine mit Frequenzumrichter einsetzen, sondern einen Synchron/Asynchronservomotor (wesentlich günstigereres Leistungsgewicht und in jeder sinnvollen Drehzahl genug Drehmoment) mit präziser Positionsrückführung und entspr. Regler. Diese sind von Haus aus mit ZK ausgerüstet. Dieser soll noch entsprechend erweitert werden. Problematisch ist allerdings die Hochvoltanlage - um diese Technik sinnvoll nutzen zu können, muß mit mindestens 300V Akkuspannung gearbeitet werden. Da soll dann noch sinnvoll das 12V-Bordnetz mit gespeist werden. Oder halt eine Netzbatterie ála Prius 😉
vg Steve
Bei aller Ehre für den Fred,
aber hat schon mal jemand darüber nachgedacht, was das alles bringen soll?
Ein Hybrid rechnet sich auch nur für die Leute, die ständig im Berufsverkehr im Stau stehen.
Für Landstraßenfahrten schleppt man unnötige Batterien mit herum, keine Ersparnis.
Übrigens ist diese These nicht aus einem Heft oder Produktinfo sondern aus der alltäglichen Praxis eines Toyota Prius.
Man muß eben daran glauben.
Manch einer versucht sogar solche Techniken fast als "Energiegewinnung" zu verkaufen, diese Leute würde ich gerne für den Nobelpreis in Physik vorschlagen!
Soll aber nicht bedeuten, dass das Thema uninteressant ist!
es ist NICHT zum Sparen, sondern zum Basteln 😉 Eine Kostenrechnung mal so grob übern Daumen ergab NEGATIV - wurde auch hier im Thread schon erwähnt. Außerdem werd ich nen Teufel tun und meinen Audi gegen einen Polo tauschen, bei den 2 Polos meines Kumpans ist das nicht sooo wild 😉
vg Steve
Und was willst du mit einem Servomotor? 😕
Asynchronmotor mit Frequenzumrichter ist eine preiswerte und ausgereifte Technik. Über die Frequenzumrichtung liefert der Motor über sein gesamtes Drehzahlband nahezu sein maximales Drehmoment (bis in den Feldschwächebereich). Also perfekt für den PKW-Antrieb.
Und ob du jetzt 2kg am Motor sparst ist bei dem Akkugewicht eh hinfällig.
Hast du da zufällig einen Link wie diese "Zwischenkreise" verschaltet sind und wie gross die Kondensatoren? Für eine Bremsung in der Stadt müssen die schon verdammt gross sein. Und wozu? Kannst besser auf die Akkutechnik des Prius zurückgreifen und NiMH nehmen und dir die teuren Kondensatoren sparen. Idealerweise natürlich alle in Reihe um die Ströme kleiner zu halten.
Gruß Meik
An Servos komme ich besser heran 😉 außerdem sind sie WESENTLICH kleiner bei hoher Leistung. Wartungsfrei (keine Bürsten) sowieso auch. Das normale Asynchronmotoren bei kleinster Drehzahl ihr volles Drehmoment bereitstellen, stimmt so nicht, selbst mit guten Vectorreglern funktioniert das nur eingeschränkt, der Schlupf ist ebenfalls viel zu groß. Der Servo macht 2 U/min - bei 80% Nenndrehmoment 😉, verträgt mehr peak und ist viel dynamischer, auch wenns beim Auto zweitrangig ist.
Problem bei niedrigtourigen Asynchronmaschinen ist die Kühlung usw., man braucht wieder Fremdlüfter..
Wegen den ZK-Lösungen, die Materie ist recht komplex, google mal nach "Simodrive" - im Moment dürfte Siemens der Marktführer sein. Ich selbst setze oft Lenze ein. Hat mit Frequenzumrichtern nicht viel zu tun.
vg Steve
Ach ja - moderne Frequenzumrichter haben intern alle einen Zwischenkreis 😉
vg steve
Ich komme mir gerade vor wie in der E-Technik-Vorlesung - mein Prof hat fast geheult, weil die Manager bei Epcos die Vorserien-"Goldcap"-Fertigung geschlossen haben, seinen Worten nach wäre da in den nächsten Jahren eben für kurzzeitige Energiespeicherung bei großem Umsatz ein Riesenmarkt entstanden... ist aber wohl noch nicht ganz serienreif. Aber das muss es für einen Prototypen ja auch nicht sein...
MfG, HeRo
Goldcaps haben unheimlich Potential.. Bin leider nicht genug mit der Materie vertraut. Daß es hier wie in der E-Technik-Vorlesung zugeht, liegt daran, daß es um E-Technik geht 😁
Ich habe keine Lust, meinen Kumpel ins "verderben" stürzen zu lassen und irgendwelche unreifen Ideen in die Karre zu schrauben.
vg Steve
Du brauchst aber keinen FrequenzUMrichter wenn als Eingang ein Akku mit Gleichspannung verbaut ist. Oder willst du erst Wechsel und dann nochmal Umrichten?
Dass du an die Servomotoren besser rankommst ist natürlich ein unschlagbares Argument! Ansonsten wären die Vorteile sehr gering, die hohe Dynamik und die paar kg Gewicht lohnen sonst nicht wirlich. Bürstenlos sind die Käfigläufer übrigens auch, ebenso lassen die sehr hohe Anlaufmomente zu.
Mit den Caps ist immer so eine Sache. Wie oben schon gezeigt kann heute ein passend dimensionierter Akku die geforderten Ladeströme bereits aufnehmen. Da wäre der Gewinn der Caps bei kleinen Spitzen zu gering als dass sich der Aufwand lohnen würde. Warum gibts beim Prius und Co. wohl nur die Akkus?
Gruß Meik
Äh, es sollen doch Akkus verbaut werden! Aufbau wäre geplant:
Akkusatz <-> Umrichter mit zusätzlichen Zwischenkreismoduln <-> Servomotor.
Ich muß mich erkundigen, ob man den Akkusatz per Ladeelektronik direkt an den Zwischenkreis "anflanschen" kann. Ansonsten sind dank aktueller IGBT-Technik die Wirkungsgrade ganz gut. Den Servoumrichter (Fertiggerät) kann man ohne ZK nicht an den Akkus betreiben, die hochdynamische Regelung würde bei Rückspeisung die Akkus zerfetzen...
Ein direkter Betrieb Akku <-> Motor funktioniert nur mit einfachen PWM-Stellern und veralteten Gleichstrommotoren (Wirkungsgrad nicht besonders), ansonsten muß ja das Drehfeld für den Servo oder auch Asynchronmotor sowieso aus Gleichspannung generiert werden, da ja kein Kraftstrom im Auto zur Verfügung steht.
vg Steve
Zitat:
Original geschrieben von guzzidriver
Ein Hybrid rechnet sich auch nur für die Leute, die ständig im Berufsverkehr im Stau stehen.
Für Landstraßenfahrten schleppt man unnötige Batterien mit herum, keine Ersparnis.
Übrigens ist diese These nicht aus einem Heft oder Produktinfo sondern aus der alltäglichen Praxis eines Toyota Prius.
Aha und wann hast du diese Erfahrung in der alltäglichen Praxis mit dem Prius gemacht? Und wieso widerspricht deine Erfahrung mit der Erfahrung aller Priusfahrer die ich kenne, inklusive mir?
Grüsse
Fabio