Weiterentwicklung eines automatisierten Motorprüfstandes zur Entwicklung eines verbesserten Antriebskonzepts für das Schul-Elektroauto "Scorpion"

Motordiagnosesystem für das E-Auto "Scorpion"

Weiterentwicklung eines automatisierten Motorprüfstandes zur Entwicklung eines verbesserten Antriebskonzepts für das Schul-Elektroauto "Scorpion"

HT BLuVA Salzburg
Martin Schorn, Florian Schlader, Michael Ellmauer, Maximilian Leitner

  1. Projektbeschreibung
  2. Innovationskraft
  3. Nachhaltigkeit & gesellschaftlicher Nutzen
  4. Veränderungspotential (Game Changer)

Projektbeschreibung

Elektromobilität spielt in Zeiten des Klimawandels eine immer größere Rolle. Aus diesem Grund gibt es an der HTL-Salzburg schon einige Jahre das Schülerprojekt E-Auto Scorpion, das zum Ziel hat, ein möglichst effizientes Elektroauto zu entwickeln, um damit einerseits am Shell-Eco Marathon teilzunehmen und andererseits damit auch wirklich im Straßenverkehr zu fahren. Die Aufgabe unseres Projektteams war es, den bestehenden Antrieb dieses Fahrzeugs zu überarbeiten, da er zu wenig Kraft aufbrachte, es konnten zu große Steigungen nicht bewältigt werden. Uns fehlte jedoch ein geeignetes Tool, um die Kraft der Motoren einfach messen zu können. Um möglichst unkompliziert Kennlinien und Kennwerte unserer Motoren aufnehmen zu können, automatisierten wir im Zuge unserer Diplomarbeit einen bestehenden Motorprüfstand. Der Motorprüfstand macht es uns nun zum Beispiel möglich, die Drehzahl-Drehmomentkennlinie einer Asynchronmaschine in einer Minute aufzunehmen, auszuwerten und die Kennwerte sowie Kennlinien in Form eines fertigen Prüfprotokolls auszugeben. Weiters schafft er auch die Möglichkeit, einen Motor mit dem gewünschten Drehmoment manuell zu belasten und dabei durch integrierte Leistungsmessmodule "live" alle Echtzeitdaten des Prüflings abzufragen. Der Motorprüfstand bietet so nun auch die Chance, Streckenprofile zu simulieren, um Antriebe von Elektroautos auf ihre Leistungsfähigkeit zu testen.

Der neue Motorprüfstand ermöglichte es uns, schnell stichhaltige Aussagen über den "alten" Antrieb des E-Autos Scorpion machen zu können. Es stellte sich heraus, dass die Synchron-Radnarbenmotoren an der Hinterachse mit einer zu kleinen Spannung betrieben wurden, um auch bei höheren Drehzahlen die volle Leistung ausschöpfen zu können. Wir entschieden uns also, die Systemspannung des Fahrzeugs von 48 Volt auf 72 Volt Nennspannung zu erhöhen und die alten Motoren zu verwenden, da diese bei neuer Spannung genug Leistung für unsere Anforderungen aufbrachten. Diese Spannungsänderung jedoch hatte zur Folge, dass das gesamte elektrische System unseres Fahrzeugs neu gebaut und dimensioniert werden musste, nur die Motoren und der Frequenzumrichter blieben erhalten. Wir mussten also einen neuen Akku bauen, die Leistungs- und Steuerverteileinheit (Schalttafel) neu fertigen und ein neues Lenkrad im 3D-Drucker drucken. Um dem Auto noch mehr Energieeffizienz zu verleihen, machten wir es mit unserer neuen Steuerung auch möglich, beim Bergabfahren Energie wieder in den Akku zurückzuladen, also zu rekuperieren.
 

Innovationskraft

Vor der Automatisierung unseres Motorprüfstandes gab es an der HTL nicht die Möglichkeit, schnell und einfach Motoren zu testen: Der Motor musste über eine manuell eingestellte Wirbelstrombremse gebremst werden. Alle Messwerte wurden dann per Hand einzeln von den Messgeräten abgelesen und in Tabellen eingetragen. Diese Tabellen mussten dann per Hand digitalisiert werden, um sie weiterverarbeiten zu können. Dieses aufwendige Prozedere hatte zur Folge, dass die Prüfung mehrere Stunden in Anspruch nahm. In dieser Zeit war es nötig, den Motor immer wieder auskühlen zu lassen, um ihn vor Überhitzung zu schützen.
Auch einen Antriebsstrang, so wie wir ihn gebaut haben, hat es so noch nie gegeben. Allein die 72 Volt Nennspannung sind universell, weshalb wir auch den Akku aus einzelnen Zellen selbst bauen mussten. Auch unser Plug and Play Stecksystem, mit dem man den Antriebsstrang, ohne Kabel abklemmen zu müssen, aus dem Auto bauen kann, hat es so noch nie gegeben.
 

Nachhaltigkeit & gesellschaftlicher Nutzen

Um dem Klimawandel entgegenzuwirken wird viel technisches Know-how benötigt werden, da viele technisch anspruchsvolle Herausforderungen auf uns zukommen. Unser Prüfstand bietet hier eine sinnvolle Unterstützung im Bereich der E-Mobilität, da er die Motorenprüfung enorm beschleunigt. Außerdem bietet er an der HTL in unserer Abteilung Elektrotechnik die Möglichkeit, Schüler mit neuesten Mitteln möglichst praxisnah zu unterrichten. So können die Absolventen mit einem Maximum an Wissen die Schule verlassen und im späteren Arbeitsleben davon profitieren und Innovationen in allen Bereichen des Umweltschutzes vorantreiben. Mit unserem Antrieb machen wir es Schülern außerdem möglich, E-Mobilität greifbar zu machen, da unser Projekt zeigt, dass es nicht immer großer Industriebetriebe bedarf, um schwierige Aufgaben in die Praxis umzusetzen. Das E-Auto Scorpion macht E-Mobilität ein Stück weit begreifbarer, denn oft wird in den Medien suggeriert, es sei beinahe unmöglich, ein Elektroauto zu entwickeln. Wir beweisen das Gegenteil!
 

Veränderungspotential (Game Changer)

Der Motorprüfstand macht die Motorenauswahl, einen wichtigen Part der Antriebsdimensionierung, sehr viel einfacher. Er macht es möglich, innerhalb kurzer Zeit elektrische Maschinen zu testen und nicht auf die Herstellerangaben vertrauen zu müssen. Weiters bietet er die Möglichkeit, für kleine Elektrofahrzeuge Streckenprofile zu erstellen und zu testen. So kann im Labor zum Beispiel getestet werden, ob unser Scorpion eine Runde am Nürburgring schaffen würde, ohne wirklich dort zu sein. Der Elektroautoantrieb beweist außerdem, dass Elektroautos gar nicht so schwer zu bauen sind, wenn sogar "Schüler" ein solches entwickeln können. Weiters bietet im Spezifischen unsere Entwicklung die Möglichkeit, schnell und unkompliziert den Antrieb in verschiedene Fahrzeuge einzubauen, er ist also eine Art "modularer Bausatz", um sich selbst sein Wunschelektroauto bauen zu können.
 

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