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Planung


Wenn unser Entschluss dass wir ein elektrisches Auto bauen wollen endlich geboren ist, kann die Planungsphase beginnen. Es ist sehr wichtig, dass wir beim planen realistisch bleiben. Wir müssen unsere Ansprüche erfassen können und unsere Möglichkeiten rechtzeitig überblicken, den es gibt keinen traurigeren Anblick, als den eines unterbrochenen Traumes.

Die Wahl des Kraftwagens

Zu Beginn ist es wertvoll sich in der Buch- oder Internetwelt umzusehen. Wie sind die e-Auto Versuche von anderen Menschen gelungen? Besucht man zum Beispiel die Seite von www.austinev.org/evalbum hat man einen sehr guten Ausgangspunkt. Dort kann man über mehr als 1200 Umbauen lesen die von kreativen Menschen, ähnlich wie wir, gebaut wurden. Das Werk einiger Träumer mit dicken Geldbeutel kann man auf www.metricmind.com/photo.htm finden.

Wenn wir darauf hin gebührend bewundert haben was andere Menschen geschafft haben, ist es Zeit die Basis unseres elektrischen Autos zu wählen. Eigentlich kann jedes Auto auf Elektoantrieb umgebaut werden. Bei der Auswahl müssen wir aber einige Sache beachten:

Schauen wir mal welche Autotypen meisten in Frage kommen. Drei Kategorien sind besonders interessant:


L6e Kategorie (leichte Bauweise):

 
Axiam   Axiam
     
 
Ligier   Ligier
     

Diese Kategorie leichter Fahrzeuge sind nicht wirklich Autos, sondern leichte Mofas mit 4 Rädern. Drei Bedingungen müssen sie erfüllen, um dieser Kategorie an zu gehören:

  1. Das eigene Gewicht (ohne Batterien) darf nicht mehr als 350 kg betragen.
  2. Die Leistung des Antriebmotors darf nicht höher als 4kW sein.
  3. Die geplante Höchstgeschwindigkeit darf nicht höher als 45 km/h sein.

Für die Inbetriebnahme und Fahrerlaubnis solcher Autos, gibt es verschiedene Rechtsnormen in den verschiedenen Ländern. Man kann im allgemeinen sagen, dass Erhalt und Betrieb solcher Autos viel billiger als der von normalen Pkws ist.


Kategorie Kultwagen (relativ leicht):

 
Citroen Ente   Renault4
     
 
VW Käfer   Mini
     

Sportwagen von den 60-en, 70-en, 80-en Jahren:

 
850 Spider   Alfa Romeo Spider
     
 
FIAT 850   FIAT x 1/9
     
 
MG Midget   Triumph TR7
     
 
Porsche 914   Porsche 924
     

MOTORWAHL

Welchen Motor man wählt, hängt von der gewünschten Höchstgeschwindigkeit ab. Wir müssen in dieser Frage ein bisschen zurückhaltend sein. Obwohl der Preis von E-Motoren mit Vergrösserung der Leistung nicht so schnell steigt, bedeutet der Preis und die Gewichte der benötigten Zutaten eine ernsthafte Einschränkung: Steuerung, Ladegeräte, und nicht zuletzt die gewichtige Akkukapazität.

Die folgende Formel kann man zur Ausrechnung der zur gewünschten Höchstgeschwindigkeit nötigen Motorleistung benutzen:



Motor = (P Rollwiderstand + P Luftwiderstand ) / η = ( m  * g * f * v + γ * c w * A * v³ / 2 ) / η


wo:

Motor = Die nominelle Leistung des elektrischen Motors (kW)
Rollwiderstand = Die nötige Leistung gegen den Rollwiderstand (kW)
Luftwiderstand = Die nötige Leistung gegen den Luftwiderstand (kW)
η = Die Effizienz der Antriebskette (typisch 0.9 - 0.95)
= Die erlaubte max. Gesamtmasse (kg)
g = Schwerkraftbeschleunigung (9,81 m/s²)
f = Rollwiderstandsfaktor (typisch 0.01 - 0.02)
γ = Die Dichte von der Luft (1,2 kg/m³)
w = Luftwiderstandsfaktor des Fahrzeugs
A = Die Abmessungen der Stirnfläche (m²)


Die Praxis zeigte das man folgende Höchstgeschwindigkeiten auf ebenem Weg erreichen kann:


4kW - 50-60 km/h
7.5kW - 70-80 km/h
11kW - 90-110 km/h
21kW - 120-140 km/h

Die relativ niedrige Höchstgeschwindigkeit täuscht. Da elektrische Motoren für eine kurze Zeit die 2. bis 3.fache ihrer nominellen Leistung abgeben können, bewegen sich diese Wagen beim beschleunigen viel lebhafter als z.B. der Porsche nebenan an der Ampel erwartet.

Der kleine 4kW Motor passt vor allem zur Wagen der L6E Kategorie, er kann aber auch für leichte Kultwagen gut eingesetzt werden. Der bessere E-Motor für Kultwagen hat eher 7.5 kW Leistung. In einen Sportwagen sollte man mindestens einen 11 kW Motor einbauen.


DER AKKUPACK

Der Akkumulator (=Antriebsenergie) ist das schwächste Bindeglied elektrischer Autos. Hier müssen wir den grössten Kompromiss zwischen Preis/Gewicht/Reichweite machen. Auch sind die Akkus mit steigender Reichweite das teuerste und im Antriebssystem zuerst „abnutzende“ Teil am Auto.

Um die nötige Akkukapazität zu bestimmen, müssen wir zunächst von der gewünschten Reichweite ausgehen. Der Verbrauch eines elektrischen Autos liegt zwischen 100-200 Wh/km. Abhängig von den Strassenverhältnissen und den Fahrtstil. Im allgemeinen rechnen die Hersteller von elektrischen Autos mit den Wert 100 Wh/km, um ein bessere durchschnittliche Reichweite mit dem gegebenen Akkupack zu erreichen .

Wenn wir jedoch mit Werten aus der Praxis rechnen, sind 150 Wh/km eine bessere Einschätzung. Schauen wir erstmal wie viel Energie wir mitnehmen können!

Beispiel: es gibt nominell 12*150 = 1800Wh Energie in einem 12V/150Ah Akkumulator. Aber diese Energie bis zum letzten Tropfen auszunutzen ist nicht zweckmässig, weil es die Lebenserwartung der Akkus schnell verringert. Daher ist es eine praktische Erfahrung die Menge der tatsächlich nutzbaren Energie 1500 Wh zu nehmen, das heisst, wir können bei einem 12V Akkumulator mit 10Wh Energie je Ah rechnen.

Aus den obigen Zahlen folgern wir, dass die gespeicherte Energie eines 12V/150Ah Akkus sicher genug für ca. 10 km Wegstrecke ist.

Schauen wir uns mal ein Autobeispiel an: Wir haben ein relativ leichtes Auto wie die Ente (2CV) mit einen 7.5 kW / 72 Volt E-Motor und sechs Bleiakkus á 12V/150Ah. Die problemlos (ohne Tiefentladung) nutzbare Energiemenge ist demnach ca. 9000 Wh. Die geschätzte Reichweite ist somit 60 km (9000 geteilt durch 150).

Aber wenn die Akkus relativ neu sind (+im guten Zustand) und wir schonend fahren und auch das Wetter schön warm ist (weil die Leistung von Bleiakkus mit zunehmender Kälte beträchtlich sinkt) und die Strecke eher flach ist, kann es leicht sein dass wir 100 km mit einer Ladung fahren können.

Im Fall von LiFePO4 (Lithium) Akkus bedeutet das geringere Gewicht eine Verbesserung der Fahrdynamik u. Reichweite, zudem sind Lithium Akkus weniger temperaturabhängig und die 4-5.fache Lebensdauer ist ein nicht zu vernachlässigender Vorteil. Rechnen wir ähnlich, wie beim Bleiakku, ist die in einem 3.2V/90 Ah Lithium Akku gespeicherte Energie für ca. 2 km Fahrt sicher genug.

VARIATIONEN

Schauen wir uns einige mögliche Zusammenstellungen in tabellarischer Form an:


Typ von Motor Akkumulatorpack Höchstgeschwindigkeit Reichweite Masse zu einbauen
4 kW/48V 4 Stück 12V/150Ah Pb 50-60 km/h 40 km 224 kg
4 kW/48V 8 Stück 12V/120Ah Pb 50-60 km/h 64 km 310 kg
7.5 kW/72V 6 Stück 12V/150Ah Pb 70-80 km/h 60 km 310 kg
7.5 kW/108V 9 Stück 12V/120Ah Pb 70-80 km/h 72 km 360 kg
11 kW/144V 12 Stück 12V/120Ah Pb 90-110 km/h 96 km 455 kg
11 kW/144V 48 Stück 3.2V/90Ah LiFePO4 100-120 km/h 96 km 224 kg
11 kW/144V 48 Stück 3.2V/160Ah LiFePO4 100-120 km/h 170 km 349 kg

Im Fall von Lithium Akkupacks erkennt man, dass auch die voraussichtliche Reichweite ein bisschen höher ist. Dies kommt aus zwei Faktoren: weniger Gewicht und eine höhere nominelle Spannung (z.B. 48 x 3.2V =153.6V). Die Erhöhung der Spannung ist die einfachste Art von „Tuning“ bei elektrischen Autos.

Blei oder Lithium? Betrachten wir die Langzeitkosten, gibt es quasi kein Unterschied!

Den Lithium Akkus „bedanken“ sich für ihre ca. 5-fache Lebensdauer mit 5-fachen Kaufpreis. Wenn wir auf längere Reichweite und grössere Laufleistung planen, sind sie jedoch unschlagbar. Den sie wiegen in Vergleich zu Bleiakkus -bei gleicher Leistungsanforderung- nur ein Drittel. Zudem sind sie schnell ladefähig und bei starker Belastung Hochstrom fähiger und bei Kälte wesentlich toleranter als Bleiakkus.

Was ist der Vorteil von Bleiakkumulatoren? Nur der Preis ! Wenn unser Budget keine grössere Investition in Lithium Akkumulatoren ermöglicht, oder wenn wir den Umbau nicht für die tägliche Benutzung machen, bleiben nur die preiswerteren Bleiakkus zur Wahl. Im Fall von täglicher Benutzung werden wir nach zwei Jahren, im Fall von Wochenendnutzung nach 5-6 Jahren mit derselben Frage konfrontiert: Welchen Akkumulatortyp nehme ich jetzt?

Aber die Akkutechnik entwickelt sich kontinuierlich. Unsere Hoffnung ist das wir auf diese Frage in Zukunft leichter antworten können.


KOSTENVORANSCHLAG

(das wir mit grosser Wahrscheinlichkeit übertreten werden)

Daher gilt: Ein ernsthaftes Projekt ist nicht realisierbar ohne zunächst die Kosten zu berechnen.

Mit welchen Kosten müssen wir rechnen?

Zwei Extrembeispiele/Kostenvoranschläge Auge in Auge


  1. L6e oder Kultwagen, Kleinstmotor für 50-60 km/h Höchstgeschwindigkeit, minimale Bleiakkus,ca.30-40 km Reichweite, Akkutausch nach ca.20.000 km (=Minimum Kv)
  2. Kleiner Sportwagen, der grösster Motor, 100-120 km/h Höchstgeschwindigkeit, Lithium Akkumulatoren, ca.100 km Reichweite, Akkutausch nach je 200.000 km (Maximum Kv)
    Die Kosten für extravagantere Modelle sind natürlich grenzenlos.

Minimum Kv Maximum Kv
Type brutto Preis in EURO Type brutto Preis in EURO
Motor + Kontroller DC/T4-48+MC48-350 1.080,- DC/T11-144+MC144-300 1.870,-
Akkupack 4*6FM120EVX 920,- 48*LFP90AHA 9.216,-
Ladegerät 2*BC24/10 216,- 3*LIBC67.2/20 1.080,-
Kabel, usw.   160,-   240,-
Montagekosten*   600,-   1.000,-
Plan+Zulassung*   220,-   220,-
Optionen   - Servo Bremse 400,-
    -------------------   --------------------
Total:   3.196,-   14.026,-

* - Kosten in Ungarn in 2008



Diesen Ausgaben muss man nun die zu erwartenden Ersparnisse und Gewinn an Lebensqualität entgegen stellen: