5000km!!!

Es war schon vor einiger Zeit soweit aber jetzt will ich es auch hier mitteilen: die Elektrente hat ihre ersten 5000km ohne Pannen hinter sich gebracht. Dabei habe ich über 1000kg CO²-Ausstoß vermieden.
Die Wintererfahrungen zeigen bisher, dass durch den stärkeren Spannungseinbruch an den Batterien für die gleiche Leistung mehr Strom benötigt wird, was in einer reduzierten Reichweite spürbar ist. Bei Temperaturen um 0°C sind das 10-20% und wenn ich die Fahrweise etwas anpasse dann auch unter 10%, also alles in allem für meine tägliche Strecke in die Firma kein Problem. Sehr angenehm ist es, die Scheibenheizung morgens vorm Kaffee anzuwerfen und dann mit freien Scheiben  ohne Eiskratzen losfahren zu können. Leider habe ich keine Garage. Zum Thema laden unter 0° gibt es offenbar nicht viele Erfahrungswerte. Ich denke, dass laden direkt nach dem Fahren OK ist, weil die Akkus dann leicht aufgewärmt sind.

Wintererfahrung

Nach dem die Temperaturen nun sinken mache ich mir gerade Gedanken über die Ladefähig der LiFePO4-Zellen bei Temperaturen unter 0 Grad. Laut dem Herstellerdatenblatt sollen sie nicht unter 0 Grad geladen werden, wobei nicht klar ist, ob die Zellen dadurch beschädigt werden oder "nur" die Ladung nicht annehmen. Hat jemand der Leser Erfahrungen oder Erkenntnisse über die Winterfestigkeit der LiFePO4-Chemie? Ich nutze CALB SE100AHA Zellen. Eine Beschädigung ist natürlich unbedingt zu vermeiden.

Zudem zeigt sich, dass die Spannung der Zellen bei tiefen Temperaturen unter Belastung wesentlich stärker einbricht und somit auch das BMS-System schneller einen Alarm meldet. Die BMS-Alarm-Schwelle ist auf 2,5V eingestellt und dieser Wert muss 3 Sekunden unterschritten sein, damit das System auslöst. Die Spannung erholt sich jedoch schnell wieder, eventuell kann eine Temperaturangepasste Abschaltzeit weiterhelfen. Zudem ziehe ich beim Beschleunigen bis zu 300A aus den Zellen, das ist natürlich auch grenzwertig, aber bisher reichen die Finanzen leider nicht für einen zweiten Akkusatz.

Messungen an der FH Bingen

Heute ist die Elektrente zur FH Bingen gefahren, an der ich vor einiger Zeit Elektrotechnik studierte. Ziel war innerhalb eines Projektes, bei dem Netzrückwirkungen von Ladegeräten in Elektrofahrzeugen gemessen werden, das Verhalten des Elektroentenladegerätes zu bestimmen. Das Entenladegerät hat sich hier gut geschlagen, die Stromaufnahme ist annähernd sinusförmig und die Phasenverschiebung, d.h. die Blindleistungsaufnahme gering. Die Messkurven und Ergebnisse werden noch von dem betreuenden wissenschaftlichen Mitarbeiter Timo Thomas ausgewertet und dann werde ich sie im Blog zeigen.
Weitere anonymisierte (es gibt Ladegeräte, auch in Serienfahrzeugen, die massive Netzrückwirkungen haben) Fahrzeugdaten finden sich auf der Homepage des Projektes:
http://www.plumhoff.eu/Solartankstelle/index.shtml

Und so sah der Messeinrichtung aus:

Curtis-Controller läuft - nie wieder Bürsten wechseln!

Nach einigen Schwierigkeiten den passenden AMP-Stecker für den Curtis Umrichter zu besorgen läuft nun der AC-Motor im Testbetrieb. Er ist wesentlich laufruhiger als der Mars ME0913. Das liegt vor allen Dingen an der Sinusansteuerung im Vergleich zur bisherigen Blockkommutierung des Kelly-Controllers.
Etwas gewöhnungsbedürftig ist das I/O System, da es komplett auf +Batterie bezogen ist, d.h. alle Verbraucher werden mit 70-90V versorgt (je nach Zustand und Belastung der Fahrbatterie). Auch der Controller selbst wird aus Vbat versorgt, deswegen werde ich zwischen Zündung und Controller ein Relais schalten, damit das kleine Entenzündschloß nicht mit 80V beaufschlagt wird.

Sehr interessant ist, das der Umrichter alle relevanten Daten und Messwerte mit einer einstellbaren Samplerate in ein Excelfile schreiben kann. Das ist für Tests und Optimierungen sehr wertvoll. Die Daten werden über eine RS232 Schnittstelle ausgegeben und die lässt sich von meinem EVµC-Board anzapfen, so dass Parameter auch auf dem Display dargestellt werden können. Das wäre dann das nächste Projekt für lange Winterabende.

Die Elektrente im ZDF-Fernsehgarten

Sonntag vor einer Woche ist die Elektrente in den nicht sehr weit entfernten ZDF-Fernsehgarten gefahren und durfte einen Beitrag zu der Show leisten. Ein Bugatti Veyron mit 1200PS war auch vertreten und so trafen sich zwei sehr unterschiedliche Fahrzeuge in der Sendung, denn der Bugatti hat die 43-fache Leistung der Elektroente, verbraucht aber innerorts 37,2 l/100km. Den Elektrentenbeitrag gibt es hier zu sehen:

Abenteuer Curtis-Controller

Es ist soweit, die Ente soll mit einem Curtis-Controller für Asynchronmotoren ausgestattet werden. Der Curtis-Controller gilt als der Mercedes unter den Umrichtern. Also trifft der Mercedes jetzt die Ente. Das Manual der 1238 Serie hat 138  Seiten, da werde ich mich jetzt einmal durchkämpfen. Es gibt eine eigene Programmiersprache, die VCL (Cehicle Control Language). Allerdings rückt Curtis die Programmierumgebung nicht raus. Mit Hilfe dieser könnten viele interessante Steuerfunktionen wie in einer SPS programmiert werden. So muss bis auf weiteres die EVµC-Steuerung von mir ihrem Dienst tun.

Kosten pro 100km bei der Elektroente

Einige Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit von Elektroautos hier speziell der Elektrente und monetärer Vergleich zu Superbenzin:
 

Ausstattung:
26 Stück 100Ah LiFePO4 Akkus, Kelly-Controller und PMAC-Motor

Rekuperation aktiv, Höchstgeschwindigkeit 80km/h

Ladekosten:

100km 15kWh ab Steckdose gemessen (inkl. aller Wirkungsgrade: Ladegerät, Lade- Entladevorgang Zellen, Umrichter, Motor, Getriebe...)

Für 100km werden 15kWh elektrische Energie benötigt, bei 0,25€/kWh kosten 100km 3,75€ und das entspricht 2,34l Benzin bei einem Spritpreis von 1,60€/Liter.

Akkukosten über Lebensdauer:

Annahme 1: 2000 Akkuladezyklen mit 70% Entladung: 80V x 70Ah x 2000 ergibt nutzbare Energie über Lebensdauer von 11200 kWh. Akkukosten: 125€ x 26 zzgl. BMS 20€ x 26 = 3250 € + 520€ = 3770€.

3770€/11200kWh ergibt Akkukosten von 0,33€/kWh. Pro 100km sind das Kosten von 5,28€ entspricht monetär ca. weiteren 3,3 Liter Benzin zu 1,60€/l.

Summe: Pro 100km fallen kosten von 3,75€ Strom und 5,28€ Akkukosten an, also zusammen 9,03€. Geteilt durch 1,6€ ergibt das einen umgerechneten Verbrauch von  5,6l Benzin auf 100km.

Annahme 2: 3000 Zyklen mit 70% Entladung: 80V x 70Ah x 3000 ergibt nutzbare Energie über Lebensdauer von 16800 kWh. Akkukosten: 125€ x 26 zzgl. BMS 20€ x 26 = 3250 € + 520€ = 3770€

3770€/16800kWh ergibt Akkukosten von 0,22€/kWh. Pro 100km (16kWh) sind das Kosten von 3,52€ entspricht ca. weiteren 2,2 Liter Benzin zu 1,60€/l.

Summe: Pro 100km fallen kosten von 3,75€ Strom und 3,52€ Akkukosten an, also zusammen 7,27. Geteilt durch 1,6 ergibt das einen umgerechneten Verbrauch von 4,5l Benzin auf 100km.

Fazit: Bei den derzeitigen Akkukosten und Benzinpreisen ist eine Elektroente mit der oben genannten Antriebstechnik nicht wirtschaftlicher als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Sobald Akkukosten sinken und Benzinpreise steigen, beide Szenarien sind wahrscheinlich, wird der Elektroantrieb wirtschaftlich. In der Rechnung sind weiterhin jährliche Kosten, die nur bei Verbrennungsmotoren anfallen, wie Ölwechsel, Zündkerzenverschleiß, Auspuffverschleiß, Luftfilter, Ölfilter… nicht berücksichtigt. Zudem zeigen erste Langzeiterfahrungen, dass die Zylenfestigkeit der Akkus bei 10000 liegen kann. Dann ergibt sich

Annahme 3: 10000 Zyklen mit 70% Entladung: 80V x 70Ah x 10000 ergibt nutzbare Energie über Lebensdauer von 56000 kWh. Akkukosten: 125€ x 26 zzgl. BMS 20€ x 26 = 3250 € + 520€ = 3770€

3770€/16800kWh ergibt Akkukosten von 0,07€/kWh. Pro 100km (16kWh) sind das Kosten von 1,12€ entspricht ca. weiteren 0,7 Liter Benzin zu 1,60€/l.

Summe: Pro 100km fallen kosten von 3,75€ Strom und 1,12 Akkukosten an, also zusammen 4,87€. Geteilt durch 1,6 ergibt das einen monetär umgerechneten Verbrauch von 3,0l Benzin auf 100km.

Für einen Benzinpreis von 2€/Liter (geschätzt 2015 zu erwarten) und 20% günstigeren Akkus sieht das Szenario noch wirtschaftlicher aus.