E-Tracer-Story: Da geht richtig watt ab!

Elektro-Motorräder

e-tracer_rennstrecke_bruenn Die nachfolgende Erfolgsstory zum Elektro-Kabinenmotorrad "E-Tracer" erhielt wattgehtab.com mit freundlicher Genehmigung von Roger Riedener vom X-tracer Team Switzerland zur Veröffentlichung.

Diese interessante Story zeigt von der Vorgeschichte über den Test- und Rennbetrieb bis hin zur bevorstehenden Teilnahme am X-Prize-Wettbewerb sowie der geplanten Serienfertigung ab Mitte 2009 alle Stationen dieses vielversprechenden Konzeptes auf.

Roger Riedener, einer der Hauptinitiatoren des X-Tracer "Proof-of-Concept"-Prototypen, beschreibt im vorliegenden Beitrag eindrucksvoll die Entstehungsgeschichte und die Ziele des E-Tracers.


Vorgeschichte: die Inspiration - Elektro-Modellflug
 
Ich betreibe seit 35 Jahren Modellflug, seit über 20 Jahren auch elektrisch angetrieben. Ich bin Mitglied der Modellfluggruppe Pfäffikon ZH, das Epizentrum des Elektroflugs sozusagen, wir führen seit 30 Jahren den "Militky-Cup" durch, zu Ehren von Fred Militky, dem es als Erster gelang, ein elektrisch betriebenes Flugzeug, zuerst im Modell, danach auch e-tracer_vorgeschichte manntragend, in die Luft zu bringen.
 
Nach den ganzen NiCd, NiMh, Silber-Zink etc. bekam ich Ende 1999 die ersten handgestrickten Li-Po's und Li-Ion's in die Finger. Sofort war mir klar, dass "es jetzt abgeht".
 
Da ich auch seit 1989 Ecomobile fahre, war mir bald einmal klar, dass dies die einzig existierende Fahrzeug-Plattform ist, die es ermöglicht, genau das zu wiederholen, was in den letzten 5 Jahren im Modellflug passiert ist: Die E-Antriebe haben beispielsweise in der „Königsklasse“ des Modellflugs, FAI F3A, dem Motor-Kunstflug, die Verbrenner total verdrängt.

Das hing aber nur wenig mit Umweltschutz, Kosten, weniger Putzen, weniger Vibrationen zusammen. Die Protagonisten dieser Sportart, wie z.B. der 2-fache Weltmeister Wolfgang Matt aus FL/Bendern, interessiert vor allem die schlichte Power, aber auch die feine Regulierbarkeit der Motoren. Mit den Li-Po’s war auch der Gewichtsvorteil der Verbrenner plötzlich weg: Ein 23 ccm Yamada-4-Takter wog mit Resonanzrohr, Motoraufhängung mit Schwinggummis und vollem 500ccm-Tank ca. 1500 gr., die Brushless-Innenläufer mit Planetengetriebe knapp 500 gr, und mit den knapp 200Wh des 1,0 kg-10S1P5Ah konnte man mit einem 5 kg schweren, 2 m-Modell das gleiche 10-Minuten-Kunstflugprogramm fliegen wie mit den 500 ml Methanol zuvor. (wobei das Kilo Methanol um 7000 Wh enthält und 0,75 spez. Gewicht hat, wir haben also vorher rund 2000Wh gebraucht, also 10 mal mehr) Nur halt mit mehr Schub und mehr Kontrolle!

Ziel Nr. 1: das erste echte strassentaugliche HPEV (high performance electric vehicle)

Da Motorrad-Motoren ähnlich schlechte Wirkungsgrade haben wie Modellflug-Verbrenner, musste es einfach auf manntragende Verhältnisse übertragbar bzw. skalierbar sein, wenn man ein "fun"-Fahrzeug mit bloss 440 kg Leergewicht und einem cw-wert von 0,19 zusammen mit einer Stirnfläche von nur 1,0 m2 als Basis hatte. Zudem ist der Rollwiderstand eines Einspurfahrzeugs deutlich kleiner als der jedes Autos.
 
Für meine Idee konnte ich die Team-Mitglieder Felix Wagner als Team-Leader und Ronaldo Dünki als Chief Mechanic, beides Swiss-Piloten, Modellflieger, Motorradfahrer und  dazu noch renn-erfahren, gewinnen. Ich selber besetzte die Rolle des CEO, also des Chief Electrical Officers, einer musste ja die Akkus zusammenlöten...
 
Erste Ausrollversuche in der Ebene mit dem Ecomobile hatten schon früher gezeigt, dass es klappen sollte: bei 120 km/h müssten weniger als 9kW reichen, die Fuhre konstant zu schieben.
 
Als Antrieb kam nur das Beste in Frage, was es im 60-100kW-Bereich gibt, der neue HSM von BRUSA mit passendem Inverter DMC. Die Leute bei BRUSA hatten sofort Spass an der Idee, ihr bestes Pferd im Stall mit dem leichtesten Kampfwagen loszuschicken.

Es war auch nie die Frage, ob es denn mit weniger als 400V geht: geht nicht, jedenfalls nicht, wenn man aus dem Modellflug kommt, wo jedes Gramm zählt! Hohe Spannungen, ergo niedrige Ströme, leichte Akkus (dünnes Anodenmaterial, niedrige Innenwiderstände!), leichte Kabel, kleine Steckkontakte. Und dafür eben den dicksten E-Motor, der reinpasst. Das Einzigartige am elektrischen Motor ist nämlich, dass er im Gegensatz zum Verbrenner fast nie zu gross gewählt werden kann: Die etwa 20 kg, die einen 100kW- von einem 30kW-Motor unterscheiden, macht der bessere Wirkungsgrad locker wett. Der Gewichtsunterschied macht nicht mal eine halbe Benzintankfüllung aus. Bei konstant 120 km/h kostet dieser „Grössenwahn“ kein einziges Watt. Aber mit den oberen 70kW macht man die Benziner platt.
 
Die Windkanalmessung bei VW im Herbst 2007 für den neuen MonoTracer, das Peraves e-tracer_monotracer Nachfolgemodell des Ecomobile, bestätigte nochmals: 124N bei 120 km/h Anblasgeschwindigkeit ergeben bloss über 4kW, plus Roll-, elektrische und mechanische Verluste...vielleicht also sogar weniger als 8kW, es müsste wirklich abgehen!

Der mechanische Umbau zur Aufnahme des HSM und der Batterien e-tracer_Hirth-Akrostar war schnell erledigt. Die Peraves-Ecomobile-Plattform wurde von Arnold Wagner konstruiert, einem Flugzeugbauer. Und Flugzeuge muss man auch noch in 50 Jahren warten und reparieren können. Darum ist auch das Ecomobile modular, einfach, übersichtlich und logisch aufgebaut. Billig ist so etwas natürlich nie, schon gar nicht in Kleinserie und als Ultra-Leichtbau trotz lebensrettender Crash-Zelle...

Bis zu diesem Zeitpunkt war auch endlich klar, welche Li-Po reinkam: Unser Sponsor, www.eflight.ch, der grösste Elektro-Modellbau-Händler der Schweiz, wird vom 2-fachen Elektroflug-Weltmeister Urs Leodolter geführt, der auch noch Swiss-Pilot und e-tracer_test-batteriepack Konstrukteur ist nebenbei, hat umfangreiche Tests mit 8-12Ah-Muster-Einzelzellen gemacht und für uns die richtige herausgepickt. Bei einer 98S5P-Konfiguration hat sich die 9Ah-Zelle eines kleinen Herstellers mit bloss 0,5C Dauer- und 2C Spitzenbelastung als ideal erwiesen. Für den Prototypen wurde weiter entschieden, ganz auf Modellflugtechnik zu vertrauen, denn das kennen wir alle hier, und wissen, dass es funktioniert. Wieso? Na, weil die schon lange Balancer und Lader in 1000er-Losgrössen bauen... 

Also wurde der Akkuaufbau in 7 klarsichtigen Boxen untergebracht, e-tracer_akku-boxen aus schlagfestem und feuerhemmenden Bayer-Makrolon, aus welchem auch das Dach des 25'000m2-Olympiadach in Athen 2004 gebaut wurde. Diese messen exakt A4 im Grundriss und sind 150mm hoch und enthalten je 14 Zellen in Serie, also 58,8V à je 5 parallelen Zellen zu 9Ah, also 45Ah. Die Einzelzelle wiegt 183 Gramm, 1S aus 5P also mit Verpackung und Verbindungen genau 1 kg. Die 14S-Kiste wiegt genau 15 kg. Sieben davon also 105 kg. Für 411,6V/45Ah oder 18,5kWh ergibt das mit Verpackung, Verdrahtung, Sicherungen, BMS wohl Weltrekord mit über 170Wh/kg. Noch erstaunlicher ist das Volumen: 64 Liter mit Verpackung oder 290Wh/Liter! 

Der 55 Liter-Tank hat genau die gleichen Aussenmasse gehabt, die 55 Liter SuperPlus 98 hatten einen Energiegehalt von 55 Liter x 0,75 spez, Gewicht x 13060Wh/kg = 538kWh zu 18,5kWh = 30:1 für den Benziner. Doch ein Flop?
 
Schon, aber für den obermiesen Benziner. Genau wie bei den Modellmotoren steckt da nämlich kaum jemals drin, was draufsteht...die 4-PS-4-Takter haben wir schon mit den allerersten 2kW-Brushless nass gemacht!
 
e-tracer_modularer_aufbau So geht's auch hier: Mit dem 55-Liter-Tank ist man in der Realität 7-800km weit gefahren, gleich schnell gefahren (120 km/h konstant) kommt man nun mit dem leicht schwereren X-Tracer noch knapp 250 km, also 3 mal weniger weit. Wenn wir also das physikalische Kapazitätsverhältnis von 30:1 dem effektiven Leistungsverhältnis von 3:1 gegenüberstellen, wird klar: Nix war mit 30% Wirkungsgrad des Verbrenners. Wenn wir heute 90% haben, was wir wohl nur knapp tatsächlich haben, hatte der Benziner 30/3 = 10 mal weniger, also 90/10 = 9%. Ernüchternd, aber leider wahr. Und genau gleich wie beim Kunstflug, wir erinnern uns: 200Wh gegen 2000Wh für 10 Minuten Flug! So sind wir also 150 Jahre mit dem Wundersaft umgegangen. Eigentlich gehören wir alle eingesperrt!
 
Bei echten 120 km/h zieht der mit Fahrer 600 kg schwere X-Tracer in der Ebene bei 370V unter Last zwischen 20 und 28A, also sagen wir im Mittel 24A x 370V = 9000 Watt. Ein wenig mehr als gerechnet, aber das hat so seine Gründe. Das Fahrzeug wiegt als „Ex-Verbrenner“ noch 40 kg zuviel, weil es noch viel unnützen Ballast an Bord hat, wie Tank, Benzinpumpe, Benzinfilter, Tankanzeige, Einfüllstutzen, ölgetränkte Dämmmaterialien, Kupplungsgehäuse, Getriebe (welches im 4. Gang festgemacht ist), Kardanschwinge (soll durch Zahnriemen ersetzt werden) usw. usw. usw...die 4 Zahnradpaare kosten uns auch noch ca. 4% zuviel mechanische Reibung. Auch die Luftein- und Auslässe sind noch viel zu gross und kosten ca. 0,02 beim cw. Eine 7 vor dem Komma bei 120 km/h in kW liegt da drin!

Bei BRUSA haben die beiden „Renntechniker“ Pascal Haltner und Fredi Durot in nur 2 Wochen die e-tracer_jungfernfahrt Maschine fertig verdrahtet, programmiert, abgesichert und fahrfertig eingestellt. Eine Meisterleistung! Und es lief alles auf Anhieb:

Auf den ersten Kilometern wurde bereits klar, dass wir einen „Winner“ haben. Die Automobil-Industrie hat hier einen so grossen Konzept-Nachteil (ein 1,5t-Golf braucht bei 120 km/h zwischen 25 und 30 kWh, also fast 4 mal mehr, sogar eine 700 kg- Lotus Elise braucht fast 3 mal mehr), dass wir auf immer einen Vorsprung haben werden. Sollten die E-Autos mit der 400Wh/kg-Batterie mal 200km fahren, kratzen wir damit an der 1000km-Grenze.

Testbetrieb

Der Akku bringt nun im richtigen Leben, bei 0,4C Durchschnittsbelastung (gemessene 18A Schnitt oder 6,6kWh/100km auf den ersten 3000 km Strassenbetrieb) locker die ganzen aufgedruckten 45Ah als brauchbare Energiemenge, wenn es denn sein muss. Die gemessene Spannung bei 80 km/h nach entnommenen 40Ah liegt bei über 340 Volt...

Die Fahrleistungen sind vorläufig wie folgt: 240 km/h (zieht aber noch...) 0-100 km/h ca. 8 sek., aber noch mit Anfahr-Drehmoment-Beschränkung, 100-160 km/h handgestoppt mit Beifahrer an Bord unter 10 sek., Reichweite bei max. 80 km/h Überland und 50 km/h durch Dörfer weit über 300 km.

Die als BMS eingesetzten Modellflug-Geräte haben sich bisher blendend gehalten. Sie laufen nun auch in kaskadierter Form am BRUSA NLG5-Ladegerät, mit dessen 3,3kWh Ladeleistung der E-Tracer nach rund 3-4 Stunden wieder voll ist.

Als Lade-Strategie haben wir vorerst eine relativ konservative Variante gewählt, nicht zuletzt, weil wir sie uns „leisten“ können: bei 4,1V/Zelle als Gesamtwert wird abgeschaltet, die einzelnen 14S-Packs erlauben Spitzenzellen bis 4,15V.

Als Endladegrenze wurde unter Last 300V festgelegt, aber dahin sind wir bis heute noch nicht geraten...

Der Ernstfall – die Rennstrecke oder Ziel Nr. 2: Verbrenner jagen!

e-tracer_rennstrecke_bruenn Eine Woche nach dem Roll-out ging’s bereits mitsamt dem BRUSA-Racing-Team Fredi & Pascal für 4 volle Tage nach Tschechien auf die anspruchsvolle GP-Strecke von Brünn. Dort finden seit nunmehr 18 Jahren regelmässig die Weltmeisterschaften für Kabinen-Motorräder statt. Nachdem die üblichen Kinderkrankheiten an Maschine und Mensch behoben waren, konnte ich die 3.-beste Rundenzeit verbuchen, hinter 2 Werks-Turbo-Ecos mit 200 PS, aber noch vor einem ganzen 20er-Rudel von 1000er, 1100er und 1200er-BMW-Saugmotor-Ecomobilen und MonoTracern. Aber der BRUSA H.S.M. ist auch noch lange nicht ausgereizt, ein paar kW können sie in Sennwald wohl noch rauskitzeln!?

Einige Teilnehmer haben erst bei der Siegerehrung erfahren, dass sie von einem Elektrofahrzeug geschlagen wurden...eine solche Niederlage wird vorläufig noch als unmännlich empfunden, auch da wird man sich dran gewöhnen müssen.

Ziel Nr. 3: Die Eroberung Amerikas (X-Prize) www.auto.xprize.org

Ab September 2009 findet zwischen New York und Los Angeles ein Rennen statt, bei dem man mit 2- und 4-plätzigen, strassentauglichen Fahrzeugen mit 100 Meilen pro Gallone (äquivalent), also um 2,3 Liter/100km, auskommen muss. Dazwischen gibt es Sonderprüfungen, wo auch die fahrdynamischen Qualitäten zum Tragen kommen sollen. Auch die Machbarkeit in Hinblick auf eine Serienproduktion ist nachzuweisen.

Wir haben uns als X-Tracer Team Switzerland, Winterthur, angemeldet und wollen die sogenannte „Alternative Category“ gewinnen. Falls uns die Amis nicht aus lauter Patriotismus ausschliessen...

Ziel Nr. 4: Die Serienproduktion

Gleichzeitig beginnen wir ab Mitte 2009 mit der Serienfertigung des E-Tracers. Dazu braucht es noch einige technische Lösungen, aber im Wesentlichen hängt es nur davon ab, ob die Antriebe und die Batterien in den vorgesehenen Mengen zu den geforderten Preisen zum angestrebten Termin in der verlangten Qualität mit den erforderlichen marktüblichen Garantien geliefert werden können. Aber dann geht richtig watt ab!

Roger Riedener
Team E-Tracer, Driver

(mp/wattgehtab.com) 


Kommentare 

 
0 #6 2010-07-25 07:17
Die neusten Nachrichten über den aktuellen Stand der E-Tracers im Finale des Wettbewerb auf dem Michigan International Speedway finden sich unter
http://peraves.wordpress.com/
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0 #5 2010-01-26 23:01
vielleicht wäre das Bergrennen von Gaschney F etwas für ein ambitioniertes Schaulaufen hier werden Dieselmotorräde r und Elektische mit ausgeschrieben

Infos:
Info:

10 & 11 juillet 2010 au GASCHNEY (68) : NMC Munster.
Délégué FFM : Jean-Marc Schickel
Président : Monsieur Jean-Marc SCHICKEL14 rue du Cimetière 68550 ST AMARIN.
Tél : 03 89 82 73 57 Fax : 03 89 82 73 56 Portable : 06 11 60 22 68.
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0 #4 2008-10-06 22:02
hallo herr schönfelder, gute idee, aber leider unmöglich, weil dieser verein von bärtigen männern keine vollverkleidete n motorräder zulässt, weil das in den regeln von anno 1956 verboten wurde. wegen irgendwas ist ja die britische auto- und motorradindustr ie den bach runtergegangen...lesen sie dastechnische reglement selber! ich habe da dann nachfragen lasser über einen befreundeten englischen journalisten, und as stimmt. sie möchten, das man den verlängerten rücken des fahrers einwandfrei von hinten erkenne kann. wahrscheinlich sind auch noch steigbügel zur enterung des stahlrosses vorgeschrieben und zaumzeug, falls mal die bremsen versagen. long live the queen ;-) gruss roger
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+1 #3 2008-10-06 17:39
Hallo Herr Riedener,

im Rahmen der Tourist Trophy auf der Isle of man findet 2009 der erste TTXGP statt. Spezielle Klassen für Motorräder mit Elelktroantrieb
Als 6 facher Teilnehmer der TT würde ich mich gerne dieser Herausforderung stellen. Bei Interesse bitte ich um Kontaktaufnahme . Mit freundlichen Grüßen

Thomas Schönfelder
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+2 #2 2008-09-16 13:24
Das ist im Prinzip das Fahrzeug von ich träume :-)
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+2 #1 2008-09-15 22:03
Hallo Herr Riedener,
hatte mich schon einmal mit dem ecomobile befasst - und genau auf diese Idee gewartet. Ich finde Euren Ansatz klasse - habe selbst gute Beziehungen durchmeine Job zur Automobil- und Zulieferindustr ie und kann Euch vielleicht ein paar Kontakte machen - einfach melden und gutes weiteres Gelingen !
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