Akkulieferung angekommen

Heute sind die A123-Akkus aus Shanghai eingetroffen.

Nachdem es wegen Verständigungsproblemen etwas gedauert hat, bis wir per PayPal eine Rechnung erhalten haben, war der Versand umso schneller. Das Paket wurde schon nach einer Woche beim Zoll entgegengenommen und traf einen Tag später bei uns ein.

Alle Zellen sind einzelnd in Dreierpaketen ordentlich verpackt

Die Einzelzellen haben die umgekehrte Polarität von normalen Zellen (kleine Fläche ist MINUS, Mantel und große Fläche ist PLUS) und besitzen einen bedruckten Pappmantel.

Interessanterweise lag die Spannung einer Zelle, die ich für Testzwecke ausgepackt habe, bei 3,553V. Somit wurden die Zellen komplett aufgeladen ausgeliefert.

Die Eigenschaften der Zellen finden Sie weiter unten.

Große Energiespeicher für viel Reichweite

Nachdem es die letzten Monate etwas stiller um unser Projekt war, entschieden wir uns den nächsten Schritt zu tätigen.

Zu Begin des Projektes suchten wir den perfekten Energiespeicher für das Pentavelo und bemerkten schnell, dass nur Lithium-Technologie unsere Wünsche an geringes Gewicht, hohe Leistung und Kapazität sowie geringe Wartung erfüllen könnte. Allerdings gibt es auch hier viele verschiedene Akkutypen mit verschiedenen Vor- und Nachteilen.

Aus sicherheitstechnischer Sicht sind LiIon- und LiPo-Akkus nicht ausreichend, da die Akkus bei einem Kurzschluss sich selbstentzünden können. Sicherer sind hier LiFePO4- oder LiMn-Akkus. Beide Akkutypen haben jedoch verschiedene Eigenschaften. So müssen z.B. LiMn-Akkus nicht balanciert werden. LiFePO4-Akkus sind jedoch schnellladefähig und haben bessere elektrische Eigenschaften, besonders wenn man Marken-Akkus von A123 kauft, die sich beispielsweise hier ansehen lassen.

Wir entschieden uns für den Kauf von gebrauchten A123-LiFePO4-Akkus, welche zuvor vom Verkäufer selektiert wurden, um die Kosten zu reduzieren. Somit liegen die Kosten geringer als z.B. beim Kauf von Headway-Zellen. Weiterhin sinkt der Innenwiderstand des Akkupacks signifikant und die Belastbarkeit des Akkupacks ist um ein vielfaches höher (Vergleich Maximale Belastbarkeit: Headway: 5C/10C max, A123: 26C/52C max).

Je nach Größe des Akkupacks werden wir eine Kapazität von etwa 20,7Ah bis 25,3Ah bei 76,8V bekommen. Somit kann das Akkupack zwischen 1590Wh und 1943Wh speichern. Das Gewicht wird zwischen gut 15Kg und knapp 19Kg liegen. Zur Reichweite können wir z.Z. noch nichts sagen, aber sie dürfte je nach Geschwindigkeit weit über 100Km liegen.

Die Zellen werden die nächsten Tage selektiert und zusammengestellt. Wir erwarten die Lieferung erst in mehreren Wochen, da der Lieferant seinen Sitz in Shanghai hat. Dann können wir weiteres über die Akkus sagen

 

Weitere Informationen zu den Akkus:

- Kurze Übersicht A123

- Datenblatt A123

 

Wasserstoffsystem, Netzeile und Akkus

Vergangenen Freitag haben wir auch am Fahrzeug selbst weitere Arbeiten getätigt. Dies betrifft insbesondere die Anbringung des zur Brennstoffzelle gehörigen Systems zur Versorgung mit Wasserstoff. Dazu haben wir vorübergehend mittels Kabelbindern Druckminderer, Manometer und Drucksensoren im hinteren Bereich des Fahrzeuges angebracht. Auch die Wasserstoffflasche ist auf den folgenden Bildern erstmalig montiert:

Wasserstoffsystem_1 Wasserstoffsystem_Manometer_2 (Hier sind Manometer, Druckminderer und Drucksensoren deutlich erkennbar: Im unteren Bereich befinden sich ein analoger Drucksensor, sowie ein Manometer, die den Ausgangsdruck der Wasserstoffflasche annzeigen und somit Rücksschlüsse auf den Füllstand erlauben (dies kann sich allerdings nach ausgiebiger Benutzung schwierig gestalten, da durch das Abkühlen der Flasche der Druck bei Benutzung abnimmt, da das Metallhydrid bei geringen Temperaturen weniger Wasserstoff abgibt). Das zweite Manometer ist an dem Druckminderer angebracht und zeigt den an der Brennstoffzelle anliegenden Druck an - der dazugehörige Sensor befindet sich weiter oben. Nahe des Wasserstoffeingangs lässt sich weiterhin ein Magnetventil erkennen, dass sich bei anliegendem Strom öffnet und die Brennstoffzelle mit dem zur Reaktion benötigtem Gas versorgt.)

Wasserstoffsystem_3 Wasserstoffsystem_4

Die nachfolgen Bilder zeigen nochmal das Fahrzeug in seinem Gesamtzustand. Die Delta-Schwingen für die Vorderräder, sowie die Heckschwinge für das Antriebsrad sind derzeit noch in der Schlosserei zur Anbringung der Kugellager:

1_Pentavelo12_02_2010 2_Pentavelo12_02_2010 (Im vorderen Bereich des Fahrzeuges lassen sich die Netzteile erkennen (noch nicht montiert), mit denen sich die Akkus über einen Stromanschluss aufladen lassen. Ein Ladevorgang beötigit rechnerisch etwas über 1kw/h und kostet somit unter 20 Cent. Im hinteren Bereich befinden sich neben dem Warndreieck und dem Verbandskasten (ebenfalls noch nicht montiert) zudem die weißen Hochleistungsakkus, sowie rechts davon in schwarz der Controller, mit dem das Fahren mit zumindest einer Energiequelle möglich ist. Dies soll über die noch nicht fertiggestellte Elektronik, in der blauen Box hinten auf bis zu 5 ausgeweitet werden.)

3_Pentavelo12_02_2010

Energiemix-Steuerung (CNC-Arbeit)


Diagramm zum Energiesystem

Wie in der Langfassung bereits beschrieben, haben wir uns ein System überlegt, welches den Anwender dazu motivieren soll, die erneuerbaren Energien möglichst effizient und viel zu nutzen. Dieses Belohnsystem soll dabei über einen variablen Multiplikator für die einzelnen Energiequellen verfügen, sowie einen "Zwischenspeicher", der die über die Akkus verfügbare Leistung mit beeinflusst. Durch die Programmierung festgelegte Werte für diese Multiplikatoren, die Größe des Energiespeichers bringen insbesondere dann Probleme mit sich, wenn sich die Bedürfnisse des Anwenders ändern. Möchte z.B. eine weniger sportliche Person die Möglichkeit nutzen, im Wesentlichen mit den Pedalen die von den Akkus abgegebene Leistung zu steuern (in diesem Beispiel soll das Verhalten des Pentavelos dem eines Elektrofahrrades nachempfunden sein), so gestaltet sich das Fahren als deutlich schwerfälliger, als bei einer sportlichen Person. Mit Hilfe von Schiebereglern (wir verwenden hier Linearpotentiometer aus dem Audiobereich) soll der Fahrer nun die Möglichkeit haben, das Verhältnis der eigens erbrachten Leistung zu der durch andere Energiequellen erbrachten zu variieren bzw. auf einen Betrieb ohne den Pedalgenerator umzuschalten. Um dieses Steuerungspanel besser anbringen zu können und zur Anpassung der Optik an die restliche Fahrzeuggestaltung haben wir gestern zum Ersten mal mit Hilfe der schuleigenen CNC-Fräse ein Teil für unser Fahrzeug gefräst:

Multiplier-Panel fräsen Multiplier-Panel fräsen

Multiplier-Panel fräsen (Fertig gefrästes Wergstück mit Kunststoff-Spänen)

Mit unserer Fräsmaschine ist das Fräsen von Kunststoffen (in diesem Fall Plexiglas) insbesondere dadurch mit einigen Schwierigkeiten verbunden, dass die Drehzal und die Vorschubegschwindigkeit eine große Rolle bezüglich der Materialqualität und der Fräserhaltbarkeit haben. Zu hoher Vorschub bei langsamer Drehzal kann das Werkstück verschieben - zu hohe Drehzalen sorgen für ein schmelzen des Kunststoffes, setzen den Fräser zu und zerstören dadurch bei einem Fortsetzen des Fräsens zuerst das Werkstück und dann den Fräser (auch das entfernen des Kunststoffes vom Fräser ist nicht unproblematisch, da der dünne Fräser dabei leicht abbrechen kann). Da vorangeganene Arbeiten sämtliche Fräser bereits zerstört hatten, die für diese Aufgabe in Frage kamen, haben wir das ~7mm dicke Pelxiglas in 0,3mm Schritten bei geringstmöglicher Drehzahl und schnellstmöglichem Vorschub ausgefräst, was zu einer beachtlichen Bearbeitungszeit geführt hat.

Nachfolgende Bilder zeigen das weitere Ergebnis dieser Arbeit:

Multiplier-Panel fräsen Multiplier-Panel fräsen (entfernen der schützenden Kunststoff-Folie)

Multiplier-Panel fräsen Multiplier-Panel fräsen

Multiplier-Panel fräsen (Kunststoff-Panel zusammen mit den Linearpotentiometern)

Bis Jugend-forscht wird die Anbringung dieses Panels leider nicht mehr erfolgen, da zur Montage weitere Schweißarbeiten erforderlich wären, dies betrifft letztlich auch die restliche Konsole, die Fahrzeuglichter und den Tretkurbelmotor.

Schwingungsdämpfer und Bowdenzüge

Vergangenen Dienstag haben wir uns Gedanken zu der Anbringung der einzelnen Elemente gemacht, zu denen wir bisher noch keine genauen Vorstellungen zur Befestigung hatten. Besondere Vorsicht mussten wir in der Hinsicht walten lassen, dass keines der Bauteile den Lenker in irgendeiner Weise blokieren darf (welcher sich im Moment leider noch nicht anbringen ließ) - wir konnten deshalb nur versuchen, höhere Bauteile ehr im Heckbereich des Fahrzeuges anzubringen. Das Folgende Bild zeigt, wie die Positionen der Baugruppen vermutlich in Kürze aussehen werden (Pumpe, Verbandskasten und Manometer ausgenommen):

 Anbringungskonzept

Heute konnte die Arbeit des Vergangenen Tages (die optisch leider ehr unauffällig war) in einer Form weitergeführt werden, die sowohl mit Hilfe von Schwingungsdämpfern eine Entkopplung der Pumpe, als auch der Elektronik  erlaubt. Im Vergleich zum Brennstoffzellenroller ist die Pumpenbefestigung zwar ehr sperrig, durch die erfolgreich verminderte Betriebslautstärke unseres geräuschvollsten Bauteils wird dies jedoch bei Weitem wettgemacht. Um die Schwingelemente zunächst einmal von einer Kürzung des Gewindes zu verschonen, kommt es zu einer zusätzlichen Dicke der Befestigung durch Hohlräume.

Kompressor_entkoppelt_1 Kompressor_entkoppelt_2

Auch die Elektronikbox hat ihre (hoffentlich) finale Position eingenommen, sie ist ein wenig tiefer angebracht, als zuvor geplant und genau wie die Pumpe mithilfe von 3 Schwingelementen vor Vibrationen geschützt. Aufgrund von Ungenauigkeiten des Stahlrahmens ist der Abstand der Box nach links jedoch so gering, dass bei stärkeren Stößen ein Aufprall gegen den Stahlrahmen zu erwarten ist. Wir gedenken dies zu Lösen, indem wir entweder auf die Kunststoff-Seitenwände der Box verzichten - oder einen Schaumstoff anbringen.

Elektronikbox_entkoppelt_1 Elektronikbox_entkoppelt_2

Zuletzt haben wir uns auch mit der Lenkung außeinandergesetzt (die 4 Deltaschwingen lassen wir derzeit noch für die Kugellagerhalterungen auffräsen), dazu haben wir uns zwei Bowdenzüge mit einem 4mm! dickem Draht besorgt und die Spurstange (welche annähernd eine Länge von 1,2m benötigt) aus zwei (die im Baumarkt erhältlichen sind leider nicht länger, als ein Meter) M8-Gewindestangen zusammengesetzt, indem wir ein Verbindungsstück aus Aluminium gedreht und mit einem tiefen Gewinde versehen haben.

Baudenzüge_1 Baudenzug und Spurstange
Auch ist heute mit dem Tretkurbelmotor die vierte der fünf Energiequellen angekommen (eventuell werden wir allerdings einen anderen benötigen), sowie die Pedale und die Halterungen:

Tretkurbelmotor

Abschließend lässt sich der heutige Fahrzeugzustand mit diesem Bild ganz treffend beschreiben:

http://www.pentavelo.de/bilder.html?func=detail&id=365

Ein neues Zuhause für die Brennstoffzelle

Seit der letzten Inbetriebnahme der von 3M gesponsorten Brennstoffzelle ist mittlerweile beinahe wieder ein Jahr vergangen. Seit einigen Wochen ist das Gerüst des Pentavelos jedoch so weit fortgeschritten, dass wir uns die ersten Gedanken zur Befestigung von Pumpe, Brennstoffzelle und Wasserstofflasche machen konnten. Wie wir leider feststellen mussten, wäre es mit Sicherheit besser gewesen, die zur Befestigung benötigten Löcher vor dem Schweißen mittels eines Bohrständers zu bohren. Da unsere Solid-Works-Planungen die Montage der einzelnen Komponenten jedoch nicht mehr beeinhalteten, werden die Löcher gebohrt, sobald sie zur Befestigung erforderlich werden, was des öfteren in krampfhaften Versuchen endet, aus der Luft ein Loch so wenig schief wie möglich zu bohren (bei Edelstahl ist das selbst bei 2mm dicken Profilen keine Arbeit, die mal eben kurz erledigt werden kann.)

Da wir bereits beim Hybrid-Brennstoffzellen-Roller gute Erfahrungen mit der Verwendung von Schwingelementen machen konnten, haben wir versucht, ein ähnliches Konzept bei dem Pentavelo zu verwenden. Dazu haben wir vor allem versucht, der Brennstoffzelle auch mehr Raum zum Schwingen zu geben, als das beim Brennstoffzellenroller der Fall war:

Der Hybrid-Brennstoffzellen-Roller Stackaufhängung  (Schwingungsgedämpfte Brennstoffzelle)

An diesem Konzept war es insbesondere ungünstig, dass die Brennstoffzelle direkt im Fußbereich lag und den Tritten des Fahrers durch die Verringerte Fußablagefläche weitestgehend schutzlos ausgeliefert war. Auch der Schutz vor Wasser oder leitenden Metallteilen konnte hier im Nachhinein kaum gewährleistet werden.

Die Befestigung beim Pentavelo hingegen ist deutlich Vorteilhafter in Bezug auf den Schutz vor Wasser oder anderen Verunreinigungen (Sofern das Hinterrad demnächst über eine Art Schutzblech verfügt) und läuft nicht Gefahr, durch den Fahrer Schaden zu nehmen:

Umzug der Brennstoffzelle_01 Brennstoffzellenkäfig_01 Brennstoffzellenkäfig_02

Hier ist nochmal eine Aufnahme des Brennstoffzellen-Käfigs unseres Hybrid-Rollers mit entfernter Brennstoffzelle:

Umzug der Brennstoffzelle_02

Die Lüfter und dem Versorgungssystem zugehörige Teile des Stacks müssen ebenfalls noch in das Pentavelo umziehen (dies sind allerdings auch die einzigen Komponenten, die wir von dem Hybrid-Brennstoffzellen-Roller noch im Pentavelo weiterverwenden.)

 

3. Platz beim Landeswettbewerb Jugend-forscht bei Bayer in Leverkusen

Am Mittwoch (24.03.2010) fand bei Bayer in Leverkusen der Landeswettbewerb Jugend forscht statt.Das Fahrzeug wurde die vorherigen Tage und Wochen auf diesen Tag vorberietet. Somit wurden auch die Vorderrad-Kugelköpfe verklebt, die Lenkstange angefertigt und verstärkt. Zusätzlich konnten alle Aufhängungen montiert werden und erste Funktionstests am Fahrzeug durchgeführt werden.

Hier die Videos der Vortage (HD-Format durck Klick auf das Video erreichbar):

Erster Leerlauftest des Motors mit 20 Zoll Rad an 80V:

 

 

 

 

 

Bemerkenswert finde ich die Laufruhe und geringe Lautstärke des Motors bei voller Geschwindigkeit. Das Hinterrad dreht mit ca. 70 km/h.

 

Drehen der Spurstangenenden für die Lenkung

 

Bearbeitung des Stahlrahmens für die Akku-Montage

 

Im Bereich Technik traten wir unter Anderem gegen ein weiteres muskelbetriebene Fahrzeug und der wasserstoffbetriebenen Wankelmotor an. Durchaus positiv war die Resonanz vieler Besucher und die Begutachtung durch die Jury. Leider reichte es "nur" zu einem 3. Platz im Bereich Technik und einem Sonderpreis Erneuerbare Energien.


Hier einige Impressionen vom Wettbewerb:

Dies sind Bilder von unserem Stand. Das Fahrzeug fuhr auch kurzzeitig:

Und dies drinnen über die Steckdose...

... sowie auch draußen mit Sonnenenergie.

 

Ein Radiobeitrag von Radio Leverkusen können Sie hier hören

Click to download in MP3 format (2.32MB)

 

Zur Zeit wird die Elektronik weiterentwickelt und gebaut. Weiterhin sind die Planungen bzgl. des Tretkurbelmotors voran geschritten. Die Dokumentation des Projektes wird auch in naher Zukunft transparenter und detallierter durchgeführt und aufgearbeitet.

 

1. Platz beim Regionalwettb Jugend-forscht in Solingen

Am vergangenen Samstag (20.02.2010) fand in Solingen der Regionalwettbewerb statt, zu dem wir bedingt durch den überdurchschnittlichen Platzbedarf nicht nur einen eigenen Stand, sondern direkt ein eigenes Gebäude zugewiesen bekommen haben. Neben dem ersten Platz im Fachbereich Technik und einer damit einhergehenden Qualifikation für den Landeswettbewerb 2010 in Leverkusen zwischen dem 22.3 und dem 25.3 erhielten wir zudem einen Sonderpreis für die beste Standgestaltung.

Die Bildergalerie ist nun zudem um 6 Aufnahmen zum Wettbewerb erweitert worden:

01_Regionalwettbewerb Solingen 20_02_2010 02_Regionalwettbewerb Solingen 20_02_2010

03_Regionalwettbewerb Solingen 20_02_2010 04_Regionalwettbewerb Solingen 20_02_2010

05_Regionalwettbewerb Solingen 20_02_2010 06_Regionalwettbewerb Solingen 20_02_2010

Leider fehlten uns zum Regionalwettbewerb noch die Kugellager, Bowdenzüge und Gelenkköpfe, worduch das Fahrzeug noch nicht in einem fahrtüchtigem Zustand präsentiert werden konnte. Mittlerweile ist die entsprechende Bestellung, deren Eingang wir uns noch vor dem Regionalwettbewerb erhofft hatten eingetroffen. Die zur Lenkung benötigten Bowdenzüge sind jedoch noch nicht bestellt. Da die Löcher zum Einschrumpfen der Kugellager jedoch zu klein sind, haben wir uns erneut an die Schlosserei Bernd Heinemann wenden müssen, über welche diese auf die benötigte Größe gefräst werden sollen.

Bezüglich des später geplanten Gehäuses konnten wir im Rahmen des Wettbewerbs mit dem am E-Ei beteiligten Hauptschul-Lehrer der Hauptschule Höhscheid Bekanntschaft machen, dessen Team ein ähnliches Ziel mit einer anderen Herangehensweise im Leicht-Fahrzeugbau verfolgt, dabei jedoch auf ein selbsttragendes Gehäuse aus einem Faser-Kunststoff-Verbund setzt. Wir hoffen in Zukunft durch eine gegenseitige Zusammenarbeit voneinander profitieren zu können.

In den nächsten Wochen hoffen wir, mit der Elektronik entscheidend vorranzukommen, sowie dass wir die Montage des Brennstoffzellensystems und weiterer Komponenten abschließen können.

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