Formelstudenten und Schülermitfahrprojekte: Die Wahl des richtigen elektrischen Antriebssystems
Ein Formula-Student- oder Eco-Marathon-Team hat ein Jahr Zeit, ein Fahrzeug zu entwerfen, zu bauen und zu testen, wobei sich das Team fast vollständig von Saison zu Saison ändert. Der elektrische Antriebsstrang, bestehend aus Motor, Wechselrichter, Batterie, ist der risikoreichste Teil des Projekts: er ist der teuerste, wird am strengsten von den Schiedsrichtern kontrolliert und ist oft der Grund, warum Teams die technischen Prüfungen nicht bestehen. Dieser Leitfaden bietet eine Methode zur Auswahl des richtigen Antriebsstrangs.
Das Wichtigste
- Die Wettkampfbestimmungen haben oberste Priorität: Sie legen die maximale Spannung fest, sowie die obligatorischen Schutzvorrichtungen und Kontrollen.
- Der Motor und der Controller (Inverter) müssen zusammen ausgewählt werden: Ein Controller muss in der Lage sein, den gewählten Motor anzusteuern.
- Der Akku ist oft das schwerste und am strengsten regulierte Bauteil; seine Entwicklung erfordert viel Zeit.
- Die Telemetrie spart Zeit bei jedem Testlauf und gibt das Wissen an das nächste Team weiter.
Zunächst die Vorschriften
Jede Veranstaltung veröffentlicht eine Regelung, die das Antriebssystem regelt: maximale Spannung, Isolierung, Not-Aus-Schaltungen, Überwachung der Isolierung, Anzeigen für vorhandene Spannung, Batterieschutz. Diese Regeln können sich von Saison zu Saison ändern. Lesen Sie die jeweils gültige Version, bevor Sie mit der Konstruktion beginnen, und stellen Sie sicher, dass Sie die Dokumentation bereitstellen, die von den Wertungsrichtern gefordert wird.
Der Motor
Der Motor wird anhand des Drehmoments und der Drehzahl ausgewählt, die das Fahrzeug an der Achse benötigt, unter Berücksichtigung des Getriebes. Teams entscheiden sich oft zwischen einem zentralen Motor mit Differential und mehreren Motoren in den Rädern oder in der Nähe der Räder, die es ermöglichen, das Drehmoment zwischen den Rädern zu verteilen. Die zweite Lösung ist leistungsstärker, aber viel komplexer zu entwickeln. Um die Technologien besser zu verstehen, sehen Sie sich unsere Anleitungen zum Unterschied zwischen PMSM und BLDC und zu Motoren mit Innennadern an.
Der Wechselrichter
Der Wechselrichter, der bei einem Zweirad als Controller bezeichnet wird, steuert den Motor. Er muss die Batteriespannung aushalten, den für das gewünschte Drehmoment benötigten Strom liefern und den Positionssensor des Motors auslesen. Ein Team sollte einen Wechselrichter wählen, dessen Einstellungen dokumentiert und zugänglich sind, anstatt ein undurchsichtiges System. Um zu verstehen, was er tut, siehe unsere Anleitungen zur Vektorregelung, zum Stromregler und zur Feldabschwächung.
Der Akku
Die Batterie ist der Bauteil, der am meisten Aufwand erfordert: Auswahl der Zellen, Montage, Kühlung, Batteriemanagementsystem (BMS), Schutzvorrichtungen, Kontrollen. Sie ist auch das schwerste Bauteil. Ihre Kapazität wird anhand der längsten Testfahrt, oft der Ausdauerfahrt, mit einem Sicherheitsspielraum berechnet. Sehen Sie sich unsere Anleitungen an, um die technische Datenblatt einer Lithium-Zelle einzusehen und Informationen zum aktiven und passiven Ausgleich durch das BMS zu erhalten.
Die Telemetrie und der CAN-Bus
Alle Komponenten, wie der Controller, das Batteriemanagementsystem (BMS), die Sensoren, das Armaturenbrett, kommunizieren in der Regel über einen CAN-Bus. Das Aufzeichnen dieser Kommunikationsabläufe bei jedem Test ermöglicht es, Fehler zu identifizieren, das Fahrzeug zu optimieren und dem nächsten Team Daten anstelle von bloßen Erinnerungen zu hinterlassen.
Die Vorderradbank vor der Strecke
Das Prüfen von Motor und Inverter auf einem Prüfstand, bevor sie im Fahrzeug verbaut werden, spart Wochen: Auf dem Prüfstand wird der Inverter eingestellt, das Drehmoment und die Erwärmung gemessen, ohne das Fahrzeug zu riskieren. Sehen Sie sich unseren Leitfaden zur Leistungsmessung auf dem Motorenprüfstand an.
Was Rage für Schulen leistet
Wir arbeiten mit Ingenieurschulen, Studentenmannschaften und Laboren zusammen: Controller, Batteriemanagementsysteme (BMS), Telemetrie, Tests auf Prüfständen oder auf der Strecke. Besuchen Sie unsere Seite Ingenieurschulen und Forschung. Wie die Teams streben auch wir nach messbarer Leistung: unser RM-X hält den Weltrekord für die höchste Geschwindigkeit bei einem Elektroroller, mit 173 km/h, gemessen auf der Strecke.
Werkstatt-Tipp.
Bringen Sie den Antriebsstrang so früh wie möglich zum Laufen, auch auf einem provisorischen Rahmen oder einem Prüfstand. Das Einschalten des Wechselrichters zum ersten Mal nur wenige Wochen vor dem Wettbewerb lässt keinen Spielraum, um ein Problem zu beheben.
Häufig gestellte Fragen
Ist es besser, einen eigenen Controller zu entwickeln oder einen zu kaufen?
Die Entwicklung eines Wechselrichters ist ein eigenständiges Projekt. Für ein Team, das neu im Bereich Elektrik ist, ermöglicht ein bereits existierender und gut dokumentierter Wechselrichter, dass man sich auf den Rest des Fahrzeugs konzentrieren kann.
Ein Motor oder mehrere?
Ein einzelner Motor mit Differenzial ist einfacher zu optimieren. Mehrere Motoren ermöglichen die Verteilung des Drehmoments auf die Räder, erfordern aber deutlich mehr Einstellungen und Softwareanpassungen.
Wie kann Wissen an das nächste Team weitergegeben werden?
Durch Daten und Dokumentation: Aufzeichnungen von jedem Testlauf, Einstellungen des Controllers, aktuelle Schaltpläne. Ein Fahrzeug ohne Daten zwingt das nächste Team, alles von Grund auf neu zu lernen.
Kann Rage ein Team unterstützen?
Ja: Wir liefern Controller, Batteriemanagementsysteme (BMS) und Telemetrie, und wir können Tests sowohl im Labor als auch auf der Strecke durchführen. Stellen Sie uns Ihr Projekt über unsere Seite für Bildungseinrichtungen vor.