DE3347054A1 - Elektromobil - Google Patents

Elektromobil

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DE3347054A1
DE3347054A1 DE19833347054 DE3347054A DE3347054A1 DE 3347054 A1 DE3347054 A1 DE 3347054A1 DE 19833347054 DE19833347054 DE 19833347054 DE 3347054 A DE3347054 A DE 3347054A DE 3347054 A1 DE3347054 A1 DE 3347054A1
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Günter Dipl.-Ing. 5210 Troisdorf Paschek
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Paschek Geb De Wit Diane 5060 Bergisch Gladbac
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PASCHEK GUENTER
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Description

  • Elektromobil
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektromobil mit einem Fahrgestell mit Karosserie und mit einem Elektroantrieb, bei dem der Elektroantrieb, bei dem der Elektromotor durch eine wiederaufladbare Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird.
  • Mittels Batterien betriebene Fahrzeuge sind fir Sonderaufgaben seit langem bekannt. Thre Reichweite ist begrenzt, da die Batterie, die für den Antrieb des Motor benötigt wird, nach Stromabgabe immer wieder aufgeladen werden muß.
  • Die Aufladung der Batterie kann in bekannter Weise durch Kombination von Stromnetz und Batterieladegerät oder aber Verbrennungsmotor Stromgenerator Batterieladegerät erfolgen Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Elektromobil weiter zu entwickeln. Auf diese Weise soll ein mobiles Fahr zeug insbesondere zur Personenbeförderung geschaffen werden bei dem die Schadstoffimission an die Umwelt praktisch gleich O ist, geringe Fahrgeräusche auftreten, die Energiekosten klein gehalten werden können und auch bei Stock-Go-Verkehr der Energieverbrauch auf O reduziert ist. Die Fahr- leistung und die Möglichkeiten der Wiederaufladbarkeit der Batterie sollen gegenüber herkömmlichen Elektromobilen ver bessert werden.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in der Weise, daß zur Wiederaufladung der Batterie auf dem Karosseriedach eingebaute plattenförmige Solarzellen insbesondere Siliziumsolarzellen vorgesehen sind. Diese Solarzellen bilden erfindungsgemäß einen Solargenerator, der zum Wiederaufladen der Batterie dient und ortsunabhängig für eine nahezu ständige Wiederaufladung der Batterie sorgt. Geeignete Solargeneratoren sind beispielsweise aus Einkristall-Siliziumzellen aufgebaut, die in Serie geschaltet sind.
  • Bevorzugt ist die Oberseite der zu einer Einheit auf einem Träger, beispielsweise dem Karosseriedach zusammengefaßten Solarzellen mit einer durchsichtigen Sicherheits-Kunststoffscheibe oder Folie abgedeckt. Die Erfindung ist insbesondere in der Anwendung für sehr kleine Fahzeuge für ein bis zwei Personen gedacht, wobei die Fahrzeuge fr eine Person eine Mindestbreite von etwa 0,65 in bei einer Höhe n etwa 1,05 tn mindestens und einer Länge mind.estens von 4,8 m und bei owei Personen von einer etwa doppelten Breite aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Wiederaufladbarkeit der Batterien und damit dp.s Antriebs für das Elektromobil mittels Solarenergie verringert die Energiekosten pro gefahrenen Kilometer und erhöht die Verfügbarkeit und damit die Benutzbarkeit des Elektromobils. Besonders vorteilhaft läßt sich das Elektromobil nach der Erfindung in Gegenden mit hoher Jahressonnenscheindauer einsetzen. Nimmt man fi.ir ein kleines Fahrzeug ein Nindestgewicht von beispielsweise etwa 220 kg an, wobei eine Person und Zuladung eingeschlossen sein soll, so errechnet sich hierfür bei einer maximalen Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h ein Leistungs- bedarf fr eine Stunde Fahrt von etwa 330 Watt, Bei einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit auf t45 km/h und einer Fahrzeit von 1 Stunde erhöht sich die Leistung auf 770 Wat Die für so kleine Elektromobile benötigten Elektromotoren missen Mindestleistungen von etwa 4,5 kW bis 9, kW aufweisen. Vorteilhaft können Gleichstromnebenschlußmotor und kollektorloser Gleichstrommotor eingesetzt werden, da bei n=O annähernd das Nenndrehmoment bereits zur Verfügung steht, die Drehrichtung durch Umkehren der Stromrichtung verändert werden kann und die Drehzahländerung verlust frei iber Impuls steuerung durch ein Thyristor erfolgen kann. Durch periodisches Aus- und Einschalten d.es Thyristors entsteht am Motor eine Folge von Spannungsimpulsen deren Länge gleich der Einschaltzeit des Thyristor ist und deren Höhe der Batteriespannung entspricht. Durch Verändern der Impulsfrequenz und der Impulsbreite läßt sich der Mittelwert dieser Spannung stetig und verlustarm von 0 bis zum vollen Wert der Batteriespannung steuern.
  • Wenn man den Thyristor bei laufendem Motor einschaltet, dann fließt in Folge der Gegenspannung des Motors ein Strom in umgekehrter Richtung als im Fahrbetrieb, so daß der Motor als Generator arbe tet und ein Bremsmoment entwickelt. Hierbei wird in ein t Zusatzinduktivitätenergie zwischengespeichert und bei @usgeschaltetem Thyristor ist dieser induktive Kreis unterbrochen. Die Spannung in der Zusatzinduktivität steigt dadurch an.und der Strom kann dann :jber eine Diode in die Batterie zur:ickfließen.
  • Als Batterien werden bevorzugt Speicherbatterien mit Langzeitentladung einges@tzt, die eine Nennspannung von 12 V aufweisen. Beispielsweise Bleisäureakkumulatoren mit Silenlegierung haben ein günstiges Verhältnis von Kapazitä zu Gewicht und können vorteilhaft für die Erfindung eingesetzt werden. Ausgehend von den vorangehend aufgeführten Werten sind für ein kleines erfindungsgemäßes Elektromobil mit 2 Personen #bei ei ner 100 km- Fahrt bei einer maximalen Geschwindigkei von 25 km/h fir eine solche Batterie as @ erforderlich un bei einer maximalen Geschwindigkeit von 45 km/h bereits 155 A. Für die Stromerzeugung werden nun erfindungsgemäß für die Wiederaufladung die Solarzellen eingesetzt.
  • Bekannte Einkristallsilizium-Solarzellen weisen beispielsweise einen Durchmesser von 0,1 m auf, haben eine maximale Spannung von 0,5 V und maximalen Strom von 2,5 A bei 80 nW/qm Solarstrahlung. Eine entsprechende Anzahl von Solarzellen, die die gewünschte Spannung, beispielsweise 48 V Leerlaufspannunng abgeben, werden zu einer plattenförmigen Einheit zusammengepaßt und erfindungsgemäß auf dem Fahrzeugdach fest installiert. Die Batterie wird entweder im Fahrzeug oder wie noch näher ausgefihrt, in den Radnaben untergebracht und mittels eines tfberladeschutzes abgesichert, wobei der Ladestrom von dem Solargenerator zur Batterie durch eine Diode in Gegenrichtung zur Vermeidung des Ladungsaustausches von der Batterie zum Solargenerator, gesperrt ist, Bei einer durchschnittlichen Sonnenscheindauer pro Tag beispielsweise von angenommen 9 Stunden ergibt sich ein Mittelwert von Solarstrahlung von 80 nW/qm. Dies bedeutet eine Kapazitätszufuhr für die Batterie von 9 Stunden x 2,5 A (Solarzellen) = 22,5 A-Stunden je Tag. Bei den angenommenen Größen der Solarzellen ergibt sich hieraus ein Mindestplatzbedarf für den Solargenerator von etwa 1300 mm x 300 mm in der Fläche.
  • Um an sornenarmen Tagen einen Kapazitätspuffer in der Batterie des Elektromobils zur Verfügung zu haben, ist es vorteilhaft, die Kapazität der eingesetzten Batterie zum Beispiel beim 3- bis 4-fachen der an einem durchschnittlichen Sonnentag zuführbaren Kapazität auszulegen.
  • Eine vorteilhafte konstruktive Gestaltung des erfindungsgemäßen Elektromobils mit Solarzellen sieht vor, daß für Einzelradantrieb jedes angetriebene Rad mit in der Nabe des Rades untergebrachten Batterien und einem Elektromotor ausgerüstet ist. Bevorzugt sind die Batterien im Bereich zwischen Felge und Nabe untergebracht. Auf diese Weise wird die Verlagerung des Gesamtschwerpunktes nach unten mit den @i@fschen Lösung für den Allradantrieb gekoppelt und die weit ausserhalb des Mittelpunktes ]iegenden relativ schweren Batterien fungieren zugleich als Schwungrad.
  • Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Elektromobil so ausgeristet, daß die Batterie auch z.B. mittels Batterieladegerät wieder aufladbar ist. Damit ist ein vielseitig einsetzbares umweltfreundliches energiesparsames Straßenfahrzeug zeschaffen.
  • Die Erfindung wird in der Zeichnung an Ausführungsbeispielen naher erläutert. Es zeigen Figur 1 schematisch die Seitenansicht eines Elektro mobils, Figur 2 die Einstiegsmöglichkeiten in Seitenansicht des Elektromobils nach Figur 1, Fig. 3@4 die Vorderansichten eines Elektromobils in schmaler und breiterer Ausführung und Figur 5 schematisch die Ausbildung eines Antriebsrades.
  • Das in der Figur 1 in Seitenansicht dargestellte Elektromobil zeigt schematisch den wesentlichen Aufbau mit dem Fahrgestell 2, der die Karosserie bildenden Haube 3, insbe sondere aus durchsichtigem Kunststoff, Fahrersitz 4 mit Person 5, Rüdern 40 und der im Fahrgestell untergebrachten Batterie 9. Auf der Dachfläche der Haube 3 sind die Solar- zellen als plattenförmiger integrierter Solargenerator 6 untergebracht. Mit 7 ist das Lenkrad, mit 8 die Pedale bezeichnet. 10 stellt beispielsweise eine zusätzliche Benzinheizung dar. Der Elektromotor kann entweder integriert im Fahrgestell 2 untergebracht sein oder aber beispielsweise für Allradantrieb jeweils in den Naben 41 der Räder 40, wie beispielhaft dargestellt.
  • Zur Gewichtsersparnis bei gleichzeitig optimaler Raumausnutzung ist für das erfindungsgemäße Elektromobil vorgesehen, das Oberteil insbesondere aus durchsichtigem Kunst stoff, beispielsweise einer Acrylglaskuppel herzustellen.
  • Für den Ein- und Ausstieg bzw. für die Beladung des Elektromobils sind verschiedene Möglichkeiten der Virausbildungen denkbar. Einige vorteilhafte Ausbildungen der Einstiegsmöglichkeiten in das Elektromobil sind in der Figur 2 schematisch angedeutet. Die Seitentür 20 ist beispielsweise nach hinten schwenkbar, wie Pfeil 41 andeutet oder aber nach hinten verschiebbar, wie der Pfeil 12 andeutet. Eine andere Art der Öffnungsmöglichkei ist beispielsweise in der Schwenkbarkeit des Haubenteiles 13 vorgesehen, wobei des Haubenteil 13 über die Gelenkpunkte P 13 und den Rad @s r 13 von hinten nach oben hoch klappbar ist. Eine and @@ Möglichkeit besteht darin, die ganze Haube 3 über die Gelenkpunkte P 14 mit dem Radius r 14 hochzuklappen. Ebenso ist es beispielsweise möglich, die Tür 20 in Pfeilrichtung 15 nach oben zu schwenken bzw. zu drehen oder aber in Pfeilrichtung 16 nach außen vorne zu drehen oder in Pfeilrichtung 17 nach vorne zu verschieben. Des weiteren ist es möglich, beispielsweise ein Haubenteil 18 über die Gelenke 18 mit dem Radius r 18 vorne nach oben zu klappen bzw. die ganze Haube 3 über die Gelenke P 19 in Pfeilrichtung r 19 hochzuklappen. Für kleine Elektromobile, die nur für eine Person gedacht sind, genügt einseitig eine Einstiegstür 20, bei größeren Elektromobilen können beidseitig Tieren 20 vorgesehen sein.
  • In der Figur 4 sind in Frontansicht weitere Einstiegsmöglichkeiten für das Elektromobil vorgesehen, die analog auch auf breitere Elektromobile übertragbar sind, wie in der Fig. 4 dargestellt. Beispielsweise ist es möglich, das Haubenteil 21 über das Gelenk 21 und den Radius 21 hochzuklappen oder die ganze Haube 3 über die Gelenke 22 mit dem Radius 22 hochzuklappen oder die ganze Haube ber die Gelenke 23 mit dem Radius r 23 hochzuklappen oder nur den Haubenteil 24 aber Gelenke 24 mit dem Radius 24 aufzuklappen. Mit dem Ausdruck Gelenke bei der Erläuterung der vorgenannten Figuren ist jeweils ausgedrückt daß die Haube 3 in diesem Bereich unterteilt ist und mittels Gelenke die Teile miteinander verbunden sind.
  • In der Vorderansicht nach Fig. 3 und 4 bedeuten 25 die Blinker, 26 Scheinwerfer und 27 beispielsweise eine Einbaumöglichkeit fr Scheibenwischer. Im -ibrigen ist es selbstverständlich, daß das Elektromobil in bekannter Weise so auszurüsten ist, daß es den Anforderungen der Straßenverkehrsordnung genügt.
  • Die Figur 5 zeigt schematisch die Möglichkeit der Ausbildung der Räder 40 mit integrierten Akkus und Elektromotor. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil gegenüber dem Einbau von Batterie und Elektromotor in das Fahrgestell bzw. im Fahrzeug das die Abgabe der Motorleistung an die Fahrbahn ohne Leistungsverlust erfolgt, der Gesamtschwerpunkt nach unten verlagert ist und eine ei nfache Lösung zur deri Allradantrieb gegeben ist, da die weit außerhalb der Mittelpunkte liegenden relativ schweren Akkus als Schwungrad fungieren. In Fig. 5 ist schematisch das Rad 40 mit der Felge 34 und Bereifung 33 dargestellt. Der die Achse 31 umgebende Raum dient der Aufnahme sowohl der nicht näher dargestellten Fahrzeugbremse, beispielsweise Trommelbrernse als auch des Elektromotors 29. Im verbleibenden Raum zwischen Nabe 30 und Felge 34 sind die Batterien 28 untergebracht und zwar gleichmäßig verteilt zum Mittelpunkt der Radachse. In der Achse 31 ist die zentrale Bohrung 30/32, beispielsweis für die Ab- und Zuführung der elektrischen Leitungen vorgesehen. Fjr die Befestigung der Batteri e-Bremsen-Elektromotor-Einheit auf der Felge sind beispielsweise Schrauben 36 verwendet.
  • Berechnungsbeispiel für das Ein-Personen-Mobil (vmax= 45 km/h) mit wieder aufladbaren Pb-Akkus mit den Maßen 1 = 75 mm, a = 44 mm und je 1 Akku 2 Volt/5,2 Ah.
  • Es kann z.B. ein Wechselstrommotor mit n = 700 min bei 4 Polpaaren eingebaut werden. Bei 45 km/h und auf 4 Räder verteilte Antriebsleistung ergibt sich ein Raddurchmesser von 340 mm und bei 24 eingebauten Akkus nach Fig. 5 eine Radbreite von min. im. mm. Kapazität/Rad bei 12 V = 20,8 A Gesamtkapazität = 4 Rader x 20,8 Ah = 83,2 Ah. Maximale Fahrstrecke bis zur Wiederaufladung 82 km.
  • LEISTUNGSBERECHNUNG @ In Deutschland iahren statistisch 1,4 Personen in einem PKW.
  • Es wird deshalb ein Mobil mit der Beförderungsmöglichkeit für zwei Personen gewählt. Die Sitze können nebeneinancer angeordnet sein, werden aber, um einen möglichst geringen Querschnitts in Fahrtrichtung zu realisieren für die folgende Leistungsberechnung hintereinander angeordnet. Für den @w-wert wurde 0,2 angenommen.
  • Die Masse m des Mobils wird durch eine Aluminium/ Kunststoff Konstruktion gering gehalten.
  • Die Leistung wird berechnet für die Geschwindigkeiten: 1. smaX = 25 km/h , Mofageschwindigkeit 2. max = 45 km/h , Geschwindigkeit Leistung = Anfahrleistung + Fahrleistung Als Informationsträger wude gewählt "Bosch, kraftfahrtechnisches Handbuch", 18. Auflage.
  • ANFAHRLEISTUNG (Bosch, s. 229) PA = m x a x v ( W) 3,6 m in kg a in m/s2 v in km/h 1. Annahme: Masse m Fahrzeug: m= 50 kg (Aluminium/Kunststoff Konstruktion Batterie: m= 45 kg (für Solaraufladung min.90 Ah = 24,5 kg, für Generatoraufladung max.
  • 230 Ah = 65,2 kg, Mittelwert 45 kg) Motor : m= 15 kg Insassen: m= 90 kg (1 Person 75 kg, 2 Personen 150 durchschnittlich 1,2 personen = 90 kg) Zuladung: m= 20 kg m = 50 kg + 45 kg + 15 kg + 90 kg + 20 kg = 220 kg 2. Annahme: Beschleunigung a = 0,83 Für vmax= 45 km/h wird eine Beschleunigungazeit von t= 15 s gewählt.
  • a = v/t ( m/s2 ) v in m/s, 45 km/h # 12,5 m/s 12,5 m a = 15 s s a = 0,83 m/s2 für vmax = 45 km/h und vmax = 25 km/h Beschleunigungszeiten: 0...25 km/h: t25=8,4 s 0...45 km/h: t45= 15 s Anfahrleistung für vmax= 25 km/h Anfahrleistung für vmax = 45 km/h FAHRLEISTUNG (Bosch S. 219) Für vmax = 25 km/h : Pw23 = 291 W Für vmax = 45 km/h : Pw45 = 656 W Fw x v PW = ( W ) v in km/h FW = Fahrwiderstand in N FW = FRo + FL + Fst FRo = Rollwiderstand in N FL = Luftwiderstand in N FSt = Steigungswiderstand in N ROLLWIDERSTAND FRo = 29,1 N FRo = f x G = f x m x g (N) f = 0,0135 (Rollwiderstandszahl nach Tabelle Bosch S.220, Gürtelreifen auf Beton, Asphalt) m = 220 kg g = 9,81 m/s2 FRo = 0,0135 x 220 kg x 9,81 m/s2 ( N ) FRo = 29,1 N LUFTWIDERSTAND FL25 = 12,8 N FL45 = 23,4 N FL = 0,0386 x # x @w x A x ( v + vo )2 ( N 9 = 1,202 kg/m3 (Luftdichte in 200 m Höhe) @w = = 0,23 (nach Tabelle Bosch, 5. 221 = K-Form mit kleinem Abreibungsquerschnitt) A = 0.65 m2 (Größter Querschnitt des Fahrzeugs, A= 0,9 x Spurweite x Höhe, Spurweite= 0,6 m, Höhe= 1,2 m, A= 0,9 x 0,6m x 1,2m = 0,65 m2) v in km/h (hier v = vmax) vo in km/h ( + vo = Gegenwind, - vo = Rückenwind) 2.2.2.1 FL für vmax = 25 km/h ( FL25 1. vo = + 45 km/h (Windstärke 5) FL = 0,0386 x 1,202 kg/m3 x 0,23 x 0,65 m2 x(25 km/h+45 km/h)2 FL= 34 N 2. t0 = O FL = 0,0386 x 1,202 kg/m3 x 0,23 x 0,65 m2 x(25 km/h + 0)2 FL = 4,3 N 3. s0 = - 25 km/h FL = 0 2.2.2.2 FL für vmax = 45 km/h ( FL45 ) 1. vo = + 45 km/h FL = 0,0386 x 1,202 kg/m3x 0,23 x 0,65 m2x(45 km/h+45 km/h)2 FL = 56,2 N 2. vo = 0 FL = 0,0386 x 1,202 kg/m3x 0,23 x 0,65 m2x(45 km/h + O)2 FL = 14 N 3. vo = - 45 km/h FL = 0 STEIGUNGSWIDERSTAND Für die Berechnung des Fahrwiderstands wird der Steigungswiderstand Fst = 0 festgelegt.
  • Die Steigfähigkeit p in % wird unter rkt. 2.2.5 berechnet, FAHRWIDERSTAND FW --- Fahrleistung PW FW = FRo + FL + FSt FSt = 0 bei = 25 km/b FW bei vmax = 25 km/h Fw25 FRo + FL25 FW25 =29,1 N + 12,8 N FW25 = 4l,9 N FW bei vmax = 45 km/h FW45 = FRo + FL45 Fw45 = 29 : N + 23,4 N FW45 = 52,5 N FAHRLEISTUNG@ PW FW x v PW = ( W ) PW25 = 291 Watt 2. Bei vmax = 45 km/h STEIGFÄHIGKEIT IN % (Bosch, S. 222) FSt = 0,01 x m x g x p ( N ) FSt p = 0,01 x m x g (%), p bis max.20%, Fehler unter 2% m = 220 kg g = 9,81 m/s2 FSt = FW - FRo - FL ( N ) Die Berechnung für p in % erfolgt für E-Motor mit 2-Stufen Fahrbetrieb.
  • Stufe 1 : vmax/2 Stufe 2 : vmax vmax = 25 km/h, vmax/2 = 12,5 km/h PW = 1268 W FW = PW 12,5 /2 = 183 N FSt = FW - FRo - FL FRo = 29,1 N FL 12,5 = 8 N FL 25 = 12,8 N FSt 12.5 = 366 N - 29,1 N - 8 N = 328,9 N FSt 25 = 183 N - 29,1 N - 12,8 N = 141,1 N PW = 2283 W PW x 3,6 FW = (N) v FW 45 = FW 22,5 / 2 = 182,5 N FSt = FW - FRo - FL FRo = 29,1 N FL 22,5 = 11,5 N FL 45 = 23,4 N FSt 22,5 = 365 N - 29,1 N - 11,5 N = 324,4 N FSt 45 = 182,5 N - 29,1 N - 23,4 N = 130 N p 22,5 = 15 % bei vmax = 22,5 km/h P 45 6% bei Tmax = 45 km/h LEISTUNG FÜR EINE STUNDE FAHRT Annahme für den Jahresdurchschnitt: Ein Fahrzyklus = t von 0...vmax + 210 s Fahrt bei vmax PF 1h bei vmax = 25 km/h t von Ob..25 km/h = 8,4 s Fahrt bei 25 km/h = 210 s Ein Fahrzyklus = 218,4 s in : Beschleunigung: Fahrtzeit Zurückgelegter Weg in 218,4s: v x @ 0,94m x 0,48 Beschleunigungsweg: s = = = 29,2 @ 2 s 2 Fahrt bei t= 25 km/h: s = 210s x 6,94m/s = 1457,4 Ein Fahrzyklus: Weg = 1486,6m = 1,4866km Beschleunigungsleistung: PA 25 = 1268 W (für 8,4s von 0...25km/h) Fahrleistung : PW 25 = 291 W (s = 25 km/h = const.) 4 % von 1268 W = 51 W 96 % von 291 W = 280 W PF 1h 25 = 51 W + 280 W = 331 W Zurückgelegter Weg: Eine Stunde Fahrt bei vmax= 25 km/h: ß = 24,5 km, PF = 3t1 W PF 1h bei vmax = 45 km/h t von 0...45 km/h = 15 s Fahrt bei 45 km/h = 210 8 Ein Fahrzyklus = 225 s in % : Beschleunigung: Fahrtzeit Zurückgelegter Weg in 225s Beschleunigungsweg: s = Fahrt bei s= 45 km/h: 9 = 210s x 12,5m/s = 2625m Ein Fahrzyklus: Weg = 2718,75m = 2,71875 km Beschleunigungsleistung: PA 45= 2283 W (für 15s von 0...45km/h) Fahrleistung : PW 45= 656 W (v = 45 km/h = const.) 7 % von 228 W = 160 W 95 % von 656 W = 610 W PF 1h 45 = 160W + 610W = 770 W Zurückgelegter Weg; Für eine Stunde Fahrt bei vmax= 45km/h: s = 43,5 km, PF = 770 W DEM E-MOTOR ZUGEFURRTE LEISTUNG FUR 100 km FAHRT Wirkungsgrad Elektromotor: 0,9...0,95 Wirkungsgrad Mechanik : 0,94...0,98 Durchschnittlicher Gesamtwirkungsgrad: 0,9...0,925 x 0,94...0,98 = 0,888 PMzL bei vmax = 25 Km/h für 100 km Fahrt PF 1h x 100 km PMzL 25/100 = 0,888 x s1h 25 PF lh = 3D1 W s1h 25= 24,5 km Für 100 km Fahrt maßen dem E-Motor bei vmax= 25 km/h eine Leistung von durchschnittlich 1521 Watt zugeführt werden, PMzL bei vmax = 45 km/h für 100 km Fahrt PF 1h = 770 W s1h 45 = 43,5 km Für 100 km Fahrt müßen dem E-Motor bei vmax = 45 km/h eine Leistung von durchschnittlich 1993 Watt zugeführt werden.
  • ELEKTROMOTOREN (U, P, VARIANTEN) Spannung U (Motoren, Batterien) Für die weitere Berechnung wird die Spannung der Elektromotoren mit UM = 12 V bei einer Batterienennspannung von UB = 12 V festgesetzt.
  • In der Praxis könnten E-Motoren mit einer Spannung des Vielfachen von 12 V bis UM max = 60 V bei Einsatz von bis zu 5 Batterien mit je UB = 12 V wirtschaftlich sinnvoller sein.
  • Nennleistungen für Tmar= 25 km/h und vmax= 45 km/h Die Nennleistung wird nach der Anfahrleistung berechnet.
  • PNM für vmax= 25 km/h Anfahrleistng PA 25= 1268 W Gesamtwirkungsgrad = 0,888 Für vmax= 25 km/h wird ein E-Motor mit einer Nennle;stung von 1.4 bis 1,5 KW eingesetzt.
  • PNM für vmax= 45 km/h Anfahrleistung PA 45= 2283 W Gesamtwirkungsgrad = 0,888 Für vmax= 45 km/h wird ein E-Motor mit einer Nennleistung von 2,5 bis 2,6 KW eingesetzt. DER BATTERIE ZUGEFUHRTE STROMMENGE A f. 100km FAHRT Bei vmax = 25 km/h PMzL 25/100 = 1521 W U = 12 V @ = 0,9 Für 100 km Fahrt müßen bei vmax = 25 km/h der Satterie 141 Ampere zugeführt werden.
  • Sei vmax = 45 KM/h PMzL 45/100 = 1993 W U = 12 V @ = 0,9 Für 100 km Fahrt müßen bei vmax= 45 km/h der Batterie 185 Ampere zugeführt werden.
  • AUFLADUNG DER FAHRBATTERIE Solarzellen - Solargenerator (Anhang Al) Eingesetzt erden kann z.B.
  • Solargenerator mit 33 Einkristal-Silizium-Solarzellen 2 mit je: d= O,lm, Usax= 0,5V und @max= 2,5A bei 80 mW/m Solarstrahlung.
  • Daten Solargenerator: I= 2,5 A, Kurzschlußstrom bei 80mW/m2 Solarstrahlung U= 18 V, Leerlaufspannung U= 14,6V, beiSpitsenleistung Maße: 1220mm x 300mm x H 38mm Gewicht: 4,9kg Der Solargenerator wird mit seiner Si-Oberfläche nach oben zeigend,waagerecht in das Fahrzeugdach fest installiert. Die Batterie wird durch einen Überladeschutz abgesichert und der Ladestrom von Solargenerator zur Batterie durch eine Diode in Gegenrichtung, zur Vermeidung des Ladungsaustausches von der Batterie zum Solargenerator gesperrt. Beide Funktionen sind in einem handelsüblichen sogenannten Solaraccumat integriert.
  • Durchschnittlich zugeführte Batteriekapazität/Tag Als durchschnittliche Sonnenscheindauer pro Tag wird in den, unter punkt 1, Seite 2 genannten europäischen Sonnenländern 8 Stunden angenommen und in den außereuro@äischen Ländern der südlichen Hemisphäre 10 Stunden. Für die Berechnung ergibt dies einen Mittelwert von 9 Stunden Solarstrahlung von 80 mW/m2.
  • Ein Solargenerator (Solarzellen l.Generation) Kapazitätszufuhran die Batterie 9h x 2,5A = 22,5 Ah/TaS Dachplatzbedarf: 1220mm x 300mm(B) Zwei Solargeneratoren (Solarzellen l.Generation) Kapazitätszuiuhr an die Batterie: 9h x 2,5A x 2 = 45 Ah/Tag Dachplatzbedari: 1220mm x 600mm(B) Drei Solargeneratoren (Solarzellen 2.Generation) Kapazitätszufuhr an die Batterie: 9h x 2,5A x 3 = 67,5 Ah/Tag Bei Solarzellen der 2.Generation wird eine Schicht aus Silizium-i;inkristallen n t einer Dicke von ca. 5/lOOmm in quadratischer oder re ateckiger Form auf eine ca. 2mm dünne Kunststoffträgerplatte aufgesprüht. Das Gewicht für einen Solargenerator mit 30 Solarzellen von je 0,5V und 2,5A = 15V und 2,5A wird auf ca.10% des gleichen Solargenerators mit Solarzellen der l.Generation reduziert.
  • Dachplatzbedarf: Solarzelle l,Generation mit 0,5V, 2,5A: d=0,1m Generatorfläche aus Solarzellen 2.Generation= 30 Sz x (0,1m)2x3,14/4 x(Abatndsfaktor) 1,03 A= 0,25 m2,3 Generatoren: A= 0,75 m entspreehend der Fläche von 2 Generatoren der 1. Generation.
  • @ @@@@@@@@ 600mm(B) Batteriekapazität Die Kanazität der eingesetzten Batterie könnte z.B. bei der 3- bis 4-fachen Menge,der an einem durchscnittlichen Sonnentag zugeführten Kapazität liegen, um an eventuellen sonnenarmen Tagen einen Kapazitätspuffer zur Verfügung zu haben.
  • Ein Solargenerator = 90hh Zwei Solargeneratoren= l5OAh Drei Solargeneratoren= 230Ah BELEUCHTUNG - HEIZUNG Die Beleuchtung eines Fahrrades hat z.B. 0,2w x 5V= 1W.
  • Für die Beleuchtungsleistung der Fahrzeuge wird 12W angenommen.
  • Dieser otromserbrauch von ea. IA/h geht in die Gesamtstromver@ brauchsberechnung nicht ein.
  • Als Fahrzeugheizung kann in Winterländern eine festeingebaute, benzingetriebene Zusatzheizung verwendet werden.
  • MAXIMALE REICHWEITE Für die Berechnung der maximalen reichweite wird eine 'ahrzeugbatterie mit einer Nennkapazität von 230Ah angenommen. Als Sicherheit gegen Tiefentladung wird eine Restkapazität von l0Ah eingesetzt. Für die maximale reichweite stehen somit 220Ah zur Verfügung.
  • 10.1 Bei vmax= 25 km/h (141A/100km) 220A Reichweite: x 100 km = 156 km 141A 10.2 Bei vmax= 45 km/h (185A/100km) 220A Reichweite: x 100 km = 119 km 185A JAHRESLEISTUNG IN KM BEI REINER SOLARAUFLADUNG Annahme: Durchschnittliche Sonnenscheindauer 9h/d an 330 Tagen/Jahr.
  • Ein Solargenerator (22,5 A/d) Erzeugter Strom/Jahr: 22,5 A/d x 330 d/gahr = 7425 A/Jahr Bei Vmax= 25 km/h (141 A/100 km) Jahresfahrleistung = 7425 A x 100 km = 566 Km 141 A Bei vmax= 45 km/h (185 A/100 km) 7425 A Jahresfahrleistung = x 100 km = 4014 km 185 A Zwei Solargeneratoren (2 x 22,5 A/d) Erzeugter Strom/Jahr: 2 x 7425 A/Jahr Bei vmax= 25 km/h : 2 x 5266 km = 10532 km/Jahr Bei vmax= 45 km/h : 2 x 4014 km = 8028 km/Jahr Drei Solargeneratoren (3 x 22,5 A/d) Erzeugter Strom/Jahr: 3 x 7425 A/Jahr 11.3.1 Bei vmax= 25 km/h : 3 x 5266 km = 15798 km /Jahr 11.3.2 Bei vmax= 45 km/h : 3 x 4014 km = 12042 km/Jahr

Claims (3)

  1. Patentanspriche 1. Elektromobil mit einem Fahrgestell mit Karosserie und einem Elektroantrieb, bei dem der Elektromotor durch eine wieder aufladbare Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß zur Wiederaufladung der Batterie auf dem Karosseriedach eingebaute plattenförmige Solarzellen, insbesondere Silj ziumsolarzellen vorgesehen sind.
  2. 2. Elektromobil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Einzelradantrieb jedes angetriebene Rad mit in der Nabe das Rades untergebrachten Batterien und einem Elektromotor ausgerüstet ist.
  3. 3. Elektromobil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterien im Bereich zwischen Felge und Nabe untergebracht sind.
    a. El Elektromobil nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wiederaufladbarkeit der Batterie mittels Bntterieiad gerät vorgesehen ist.
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