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Gedanken vor dem Umbau


Wir müssen über einige sehr wichtige Fragen vor dem Umbau eines Autos auf elektrischen Antrieb diskutieren:

Wofür wollen wir unsere elektrisches Auto benutzen?

Sie müssen sich darüber im klaren sein, dass ein umgebautes Auto welches ausschließlich mit elektrischen Antrieb fährt, nicht alle technischen Fähigkeiten eines Autos mit fossilen Brennstoffen ohne weiteres vertreten/ersetzen kann.

Einschänkungen:

  1. Reichweite
  2. Der beträchtlichst begrenzender Faktor ist die Speicherung von der Energie. Die meistens verbreitete und billigste form sind Blei-Akkumulatoren. Sie können 30Wh Energie pro kg speichern. Auch die Energiedichte von Litium basierte Akkus ist nicht mehr als 100÷150 Wh/Kg gegenüber dem Wert von 12.000 Wh/kg von Benzin. Wenn wir die gleiche Energiemenge, wie in einem üblichen Benzintank gespeichert ist, mitführen wollten, müssten wir rund 5 Tonnen Lithiumakkus dabei haben. Das selbe mit Blei-Akkus wäre sogar dreimal so schwer sein = 15 Tonnen.
    Doch die Situation ist in Wirklichkeit nicht so schlimm. Grund: Die Effizienz Elektrischer Motoren ist wesentlich besser als die Effizienz von Benzinmotoren. Der Verbrauch von umgebauten Autos liegt im Durchschnitt 10÷15.000 Wh/100km. Das entspricht der Energiemenge von ca. 1 bis 1.5 Liter Benzin. Die Reichweite eines elektrischen Autos mit vollen Blei-Akkumulatoren ist ungefähr 100km. Dafür müssen wir 300 bis 400kg Akkumulatoren mitnehmen. Dasselbe Gewicht mit Lithium Akkumulatoren würde sogar 350÷400km Reichweite bedeuten, was schon sehr befriedigend ist.

  3. Leistung
  4. Es kann auf den ersten Blick scheinen, dass es keinen begrenzenden Faktor gibt hinsichtlich der Leistung des Motors den wir in das Auto einbauen wollen. Wenn wir uns die riesige Auswahl von Elektromotoren anschauen, scheint es wohl so. Aber die Motorkraft kann man nicht mit einer beliebigen Geschwindigkeit vom Akkumulator versorgen. Die Kapazität von Blei-Akkumulatoren (C) ist auf 10-stündige Entladung gegeben. Wenn wir die gespeicherte Energie eines Blei-Akkumulators unterhalb einer Stunde herausnehmen wollten, könnten wir nur 60% der nominelle Kapazität entnehmen (0.6C).
    Man kann als allgemeine Faustregel sagen, dass man die Kapazität von der Akkumulatoren zweimal grösser wählen soll, als die Leistung des Motors. Das heisst konkret dass wir bei einem 4kW Motor im idealen Fall ein Akkupack mit mindestens 8kWh kapazität wählen.
    Zudem können die meisten elektrischen Motoren auf Wunsch (Gaspedal voll durchgetreten) für eine kurze Zeit (1-2 Minuten) das 2-2.5 fache der nominellen Leistung aufnehmen, was sehr wichtig beim Thema Beschleunigung ist. Natürlich ist in diesem Fall auch die Stromaufnahme entsprechend höher. Aber wenn wir eine zu kleine Akkukapazität wählen, können wir diese Beschleunigung nicht erreichen. Darum darf die Akkumulatorkapazität nicht kleiner als die Leistung des Motors sein. Das heisst dass wir zu einem 4kW Motor mindestens 4kWh Akkumulatorkapazität brauchen.
    Lithium Akkumulatoren haben viel bessere Eigenschaften. Sie können mit 3C (3-mal die Kapazität), und Kurzzeitig sogar mit 10C (10-mal die Kapazität) entladeten werden. Daher kann/darf die gesamte Akkumulatorkapazität ca. dreimal kleiner sein. Zum Beispiel eine Akkumulatorkapazität von 10kWh reicht um ein 30kW E-Motor (was wie gesagt auch 60÷70kW Leistung für kurze Zeit möglich macht).

  5. Ladung
  6. Die ständige Benutzung des elektrischen Autos für grössere Entfernungen ist auf den Zeitbedarf der Akkupack-Ladung beschränkt. Die Ladung eines tief entleerten Blei-Akkus dauert ungefähr 10 Stunden.
    Zur Ladung einen Lithium Akkumulators hingegen reichen 3 Stunden und 20 Minuten.
    Man muss zunächst entscheiden, wofür man das elektrische Auto hauptsächlich benutzen will. Was für eine Geschwindigkeit man braucht und last not least die Reichweite die man braucht.
    Die Auswahl reicht von Mopedautos mit 3÷4kW elektrischen Motor, mit 45÷60 km/h maximaler Geschwindigkeit und 50÷60 km Reichweite bis zum nahezu kompromissfreien "asphaltreissenden" Auto mit 50÷60kW E-Motor für satte 150÷200 km/h bei 300÷400 km Reichweite.

Vorteile:

  1. Kraftstoffskosten
  2. Berücksichtigenwir die Verluste der Ladegeräte und den Zyklus der Ladung-Entladung, brauchen wir 15÷20kWh vom Stromnetz um 100km Zurück zu legen. Wenn man mit dem durchschnittlichen Tarif von elektrische Energie in Europa rechnet, entsprechen diese Stromkosten dem Preis von 2-3 Liter Benzin. Aber wenn wir mit dem Tarif von gespeicherter elektrische Energie rechnen, ist der Preis vergleichbar mit 1.5-2 Liter Benzin.
    Klingt es gut? Ja.
    Und wenn wir die elektrische Energie aus eigener Quelle bekommen, zum Beispiel vom Windgenerator oder Solaranlage, ist die Situation ideal.
    Nach wie vor ist es ein großes Problem die Energiemengen der sich erneuernden Energiequellen effektiver zu nutzen. Es können nicht überall Wasserspeicherwerke wie in Norwegen gebaut werden. Leider können die grossen Elektrizitätswerke mit der erneuerbaren Energie die außerhalb der Verbrauchsspitzen anfällt nicht wirklich was machen. Wenn aber mehr Verbraucher gespeicherte elektrische Energie benutzen würden, könnte mehr elektrische Energie von sich erneuernden Energiequellen hergestellt werden. Der Gebrauch von gespeicherte elektrische Energie kann das beschützen unserer Umwelt erheblich helfen. Elektrische Autos sind ein sinnvoller Beitrag als Energiespeicher.

  3. Instandhaltungskosten
  4. Der elektrische Motor ist viel einfacher und robuster, als Motoren für fossile Brennstoffe. Auch die Betriebstemperatur ist viel niedriger. Sein Instandhaltungsbedarf ist gering und er ist viel einfacher zu reparieren. Im Fall von elektrischen Motoren mit Kohlenbürste müssen wir die Bürsten je nach Umgang alle 50÷100 Tausend Kilometern wechseln. Wegen der begrenzten Lebensdauer von Batterien, müssen wir den Akkumulatorpack von Zeit zu Zeit austauschen. Diese sind die grössten Kosten während der Lebenszeit eines Elektroautos.

    Bei Blei-Akkumulatoren sinkt die Kapazität unter 80% nach 500÷600 Zyklus von Ladung-Entladung. Das bedeutet dass wir die Akkus nach 50÷60 Tausend km austauschen müssen. Die modernen Lithium Akkumulatoren sind 2006 raus gekommen. Diese Batterien können auch mehr als 2000 Zyklus von Ladung-Entladung bis zum Kapazitätsabfall ertragen. Daher müssen die Lithium Typen erst nach mehr als 200 Tausend km gewechselt werden.

  5. Umweltschutz
  6. Der Ausstoss von schädlichen Gasen ist bei elektrischen Autos gleich Null. Sie sind Umweltfreundlich. Sie sind zudem deutlich leiser.
    Aber auch sie benutzten Energie welche man erst produzieren muss. Ist es mehr oder weniger als die Energie für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor?
    Ganz einfach. Der Wirkungsgrad von elektrischen Motoren ist ungefähr 80%. Der Zyklus von Ladung-Entladung der Akkumulatoren hat ungefähr 75% Wirkungsgrad. Nach Abzug aller Faktoren bekommen wir eine Kraftausbeute von immerhin ca. 60% Wirkungsgrad gegenüber der 15% Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren - wo 85% sinnlos als Hitze verpufft.
    Die nötige Energie kann man aus erneuerbaren Energiequellen herstellen, wie zum Beispiel Windenergie, Sonnenenergie und Wasserenergie. Selbst wenn wir die notwendige elektrische Energie nur aus fossilen Brennstoffen (Kohle) herstellen würden, wäre es weniger umweltverschmutzend als die Millionen Autos mit Verbrennungsmotoren.
    Der Wirkunsgrad von grossen Kohle- und Gaskraftwerken ist mit ungefähr 30% doppelt so hoch wie der von Verbrennungsmotoren bei Autos. Die entwickelte überschüssige Wärmeenergie kann zudem meistens genutzt werden (Fernwärme).
    Die Vorteile von Reduzierung von Abgasen in Städten auf Niveau von Puppenwagen ist offensichtlich. Die Luft wäre viel sauberer, das Stadtleben wäre gesünder und angenehmer.