Teilbereich Elektrik und Elektronik
Mit der Kraft der Sonne etwas bewegen!
In unserer Gesellschaft steigt die Nachfrage nach Energie rasend schnell, wobei wir momentan zum größten Teil von fossiler und nuklearer Energie abhängig sind. Der große Nachteil dieser Energieformen ist, dass sie nicht erneuerbar sind und darum in absehbarer Zeit erschöpft sein werden. Der Trend geht in Zukunft also ganz klar in Richtung erneuerbare Energie. Das ist der große Hintergedanke unseres Projektes, wie kann man die Benzin und Diesel dominierte Fahrzeugwelt in Richtung erneuerbare Energie treiben.
Der Plan ist ein Fahrzeug nur durch die Kraft der Sonne zu betreiben! Mit Hilfe von Photovoltaik wird aus solarer Strahlung Energie gewonnen. Dabei wird mittels Solarzellen die Photonenenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt und kann somit zum Betreiben von elektrischen Geräten genutzt werden. Wir haben uns intensiv mit diesem Thema auseinandergesetzt und waren fasziniert welche Vielfalt die Photovoltaik heutzutage schon bietet und doch wird sie „noch“ in so geringem Maße eingesetzt. Wir haben uns schließlich für eine Silizium-Solarzelle entschieden, weil diese zurzeit das beste Preis-Leistungsverhältnis aufweisen. Solche Solarzellen haben einen optimalen Betriebspunkt, den Maximum Power Point. An diesem Punkt erreicht die abgegebene Leistung der Solarzelle ihr Maximum. Der Grundgedanke hinter unserem Projekt ist die Energieeffizienz, darum sollen natürlich auch die Solarzellen optimal betrieben werden. Dies wird realisiert durch einen Maximum Power Point Tracker, der es ermöglicht die Solarzellen immer im optimalen Betriebspunkt zu halten.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass der Strom von den Solarzellen nicht direkt zum Betreiben der Elektromotoren genutzt wird. Es wird ein Akkumulator eingesetzt, welcher als Zwischenspeicher fungiert. Wir sind bei unseren Recherchen darauf gestoßen wie hoch die Anforderungen an einen Akkumulator für ein Elektrofahrzeug sind. Hohe Strombelastbarkeit, hohe Energiedichte, hohe Temperaturbeständigkeit und Schnellladbarkeit um nur einige Punkte zu nennen. Die preislich vernünftigste Lösung stellt dabei der Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator (LiFePO4-Akkumulator) dar. Dieser Akkumulator ist eine Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkumulators, der vielen sicher von neuartigen Handbohrmaschinen bekannt ist. Dieser Akku erfüllt die scharfen Kriterien und es besteht anders als bei älteren Typen keine Gefahr des thermischen Durchgehens. Damit möchten wir auf ein großes Anliegen verweisen. Bei unserer Arbeit an dem Fahrzeug ist uns zu jeder Zeit die Sicherheit des Fahrers ein großes Anliegen. Darum haben wir zwei Notausschalter für das Fahrzeug geplant, mit denen der Akku vollständig isoliert wird und dadurch im gesamten System kein elektrischer Strom mehr fließen kann. Es wird ein solcher Schalter im Fahrzeuginnenraum angebracht, der für den Fahrer in sitzender Position erreichbar ist und zusätzlich wird ein zweiter Schalter an der Außenhaut des Fahrzeuges angebracht, der im Bedarfsfall von Ersthelfern erreichbar ist.
Zum Antrieb des Fahrzeuges werden zwei bürstenlose Gleichstrommotoren (engl. Brushless Motor oder BL Motor) verwendet. Zum Anfahren wird mehr Leistung benötigt, darum laufen beim Start beide Motoren und zur zusätzlichen
Energieeinsparung wird nach dem Erreichen der optimalen Geschwindigkeit ein Motor abgestellt. Diese bürstenlosen Gleichstrommotoren haben eine sehr kompakte Bauweise und sind durch den Wegfall des „Bürstenfeuers“ praktisch verschleißfrei, also die ideale Lösung für ein innovatives Fahrzeug. Das Schwierige bei solchen Motoren ist jedoch die Ansteuerung und Regelung. Der Regler hat die Aufgabe den bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer 3-phasigen Wechselspannung zu versorgen, dies stellte uns jedoch vor ein Problem weil vom Akku nur eine Gleichspannung geliefert werden kann. Der Regler benötigt dazu einen Wechselrichter, der die angelegte Gleichspannung in eine Wechselspannung umrichtet. Der Regler erzeugt so ein Drehfeld, welches den Motor in Bewegung setzt.
Die Geschwindigkeit soll wie bei einem herkömmlichen Auto mit einem Gaspedal geregelt werden. Dazu wird ein so genannter Servotester verwendet, der mittels Pulsweitenmodulation die Phasenspannung des Motors steuert und mechanisch mit dem Gaspedal verbunden ist.
Wir wollten mit diesem Projekt nicht irgendein futuristisches Rennfahrzeug entwickeln, unsere Absicht war ein alltagstaugliches Fahrzeug zu entwerfen. Es sollte also die bestehenden Standards eines Autos erfüllen und zusätzlich zur Energieeinsparung beitragen. Darum machten wir es uns zur Aufgabe auch die Nebenfunktionen eines Fahrzeuges, wie die Beleuchtung, die Hupe, usw. in unser Projekt mit einzubinden. Wir haben uns dazu entschlossen die gesamte Beleuchtung mit Hilfe von LEDs zu realisieren, dass spart wiederum Strom und damit Energie.
Wir mussten uns sehr intensiv mit diesem Teilbereich der Fahrzeugkonstruktion auseinandersetzen, weil die Elektronik während unserer Schulausbildung eine untergeordnete Rolle gespielt hat. Nach diversen Schwierigkeiten und endlosen Stunden Arbeit können wir jetzt schon auf einen breiten Informationsstand zurückgreifen und können einen ersten Schaltplan des gesamten Fahrzeuges vorweisen.
Höftberger, Watzinger