Schukat sponsert studentisches Rennteam bei der Formula Student Electric

Bei dem Konstruktionswettbewerb Formula Student Electric (FSE) planen, entwickeln und konstruieren studentische Teams von Hochschulen und Universitäten in 100%iger Eigenleistung einen rein elektrisch betriebenen einsitzigen Rennwagen. Eine unabhängige Jury bewerte diesen gemäß verschiedener Kriterien: Dazu gehören die Fahreigenschaften (Beschleunigung, Bremsverhalten und Handling), der Preis sowie die Zuverlässigkeit des Rennwagens. Dieser wird auch in praktischen Disziplinen auf weltweiten Teststrecken auf die Probe gestellt. Weitere Faktoren wie Ästhetik, Komfort sowie die Verwendung leicht erhältlicher, serienmäßiger Standardkomponenten erhöhen den Marktwert des Fahrzeugs. Zudem muss jedes Team einen Entwurf, einen Kostenbericht und einen Geschäftsplan vorlegen, der eine Gesamtstrategie und Marketingideen beinhaltet. Den Wettbewerb gewinnt nicht das Team mit dem schnellsten Auto, sondern das mit dem besten Gesamtpaket aus Konstruktion, Leistung sowie Finanz- und Vertriebsplanung. Finanziert wird der Rennwagen alleine durch Sponsoring.

Die Studenten pausieren für eine Rennsaison, also ein Jahr, ihr Studium. Rund 200 Teams treten weltweit bei diesem Wettbewerb an, der sich aus der Formula Student Germany, ursprünglich gestartet mit Verbrennern (Formula Student Combustion, FSC) entwickelt hat.

Um den selbstgebauten Fahrzeugakku mit der Trägerkonstruktion zu verschweißen, benötigte das eMotorsports Team Cologne der TH Köln ein Zellschweißgerät mit sehr hoher Kapazität. Mit dieser Sponsoring-Anfrage wendete sich das Team an Schukat.

Aus den gemeinsamen Gesprächen entwickelte sich ein weiteres Thema, bei dem Schukat gerne unterstützte: die Notwendigkeit der Optimierung des Akkuladers. Bis dahin wurde der Fahrzeugakku mit einem rund 25 kg schweren, sperrigen und teurem Labornetzteil mit 600 VDC Ausgang und 10 A Ladestrom aufgeladen. Ziel war es, den Ladevorgang mit dem maximalen Ladestrom von 12 A zu beschleunigen. Weiterhin benötigte das Team leicht zu transportierendes Equipment, da die Teammitglieder aus finanziellen Gründen eigenständig zu den weltweiten Events anreisen und vor Ort in Zelten übernachten.

Schukat unterstützte das Projekt in zwei Schritten: Im ersten Schritt stellte Schukat dem Studenten-Team Kondensatoren des Herstellers FTCap zu Verfügung. Diese besitzen eine Kapazität von rund 2 F. Mit diesen Kondensatoren baute das Team ein Zellschweißgerät, um die verwendenden Lithium-Ionen Rundzellen-Akkus mit einer extra gefertigten Trägerkonstruktion zu verschweißen. Weiterhin wurde das Schweißgerät – in der erzwungenen Corona-Rennpause – CNC-fähig gemacht.

Im zweiten Schritt unterstützte Schukat das Team mit einer fortschrittlichen und laut Anforderungen leistungsstarken aber dennoch kompakten und leichten Ladetechnik für die selbstgeschweißten Akku-Einheiten (Bild 2). Diese bestehen aus kostengünstigen 2500mAh Standard 18650er Lithium-Ionen Rundzellen und versorgen vier Elektromotoren (je einer pro Reifen) über einen Wechselrichter im Antriebsstrang.

 

Um die Ladetechnik möglichst einfach transportieren zu können, sollte sie in einen Rollkoffer eingebaut werden, in dem zusätzliche Elektronik (u.a. auch zusätzliche Netzteile wie das kontaktgekühlte Mean Well UHP-350-24 als Hilfsspannungsversorgung für zusätzliche Peripheriegeräte) Platz finden sollte. Der somit sehr begrenzte Bauraum erforderte ein kompaktes, und wegen der hohen Packungsdichte trotz vorgesehener Systemlüfter zur Entwärmung, ein effizientes Ladegerät mit möglichst geringer Verlustleistung.
Schukat entschied sich daher für das Netzteil CSP-3000-250 des Herstellers MEAN WELL (Bild 3). Dieses kann sowohl als Hochspannungsnetzteil für z.B. Industrieanwendungen mit Konstantspannung, Konstantstrom-LED-Anwendungen oder, wie hier, als Ladegerät eingesetzt werden. Das Netzteil liefert mit maximal 250 VDC einen Hochspannungsausgang und wurde in dieser Applikation in einer Reihenschaltung von drei Geräten verwendet.
Durch die einfache Einstellung der Netzteile auf 200 VDC Ausgangsspannung wurde die Anforderung von 600 VDC Ladespannung und 12 A Ladestrom exakt erreicht – ausreichend, um die Akkus in gut 30 Minuten genügend zu laden. Das Netzteil lässt sich bis 55°C Umgebungstemperatur im Elektronikkoffer mit der vollen benötigten Leistung betreiben. Der größte Vorteil aber sind die reduzierten Einbaumaße und die Gewichtsersparnis, da jedes CSP-3000-250 nur 4 kg wiegt und mit 278x177x63,5 mm sehr kompakt ist.

• Stand-Alone- sowie Reihen- bzw. Parallelbetrieb möglich: Als Einzelgerät liefert die Netzteilserie eine Leistung von bis zu 3.000 Watt, im Parallelbetrieb mit drei Geräten bis zu 9.000 Watt und bietet dem eMotorsports Team Cologne bei kommenden Re-Designs die Option für noch höhere Ladespannungen

• Sehr effizient: Wirkungsgrad von 92,5%

• Hohe Anwendungsflexibilität: Ausgangsspannung und -strom lassen sich leicht und individuell anpassen. Zudem besitzt das Netzteil eine Remote ON/OFF-Schnittstelle und DC/OK-Signal

• Besitzt Schutzfunktionen vor Überlast, Kurzschluss, Überspannung und Übertemperatur und bietet dem Rennteam bei den Wettbewerben bestmöglichen Schutz

• Kühlung über eingebaute leise DC-Lüfter

• Schnittstelle: analog; Über weitere Optionen für zukünftige Re-Designs der Ladetechnik wurde gesprochen. So bieten andere Netzteile von MEAN WELL z. B. Optionen in Bezug auf integrierte digitale Schnittstellen was eine direkte Einbindung des im Projekts verwendeten CAN-Bus ermöglicht. Dies war hier aber nicht gefordert.

Mit dem Support von Schukat hat das eMotorsports-Team die Performance des bestehenden Systems deutlich verbessert. Aufgrund der Corona-Pandemie konnten Fahrzeug sowie Ladegerät jedoch nicht eingesetzt werden. Also fokussierte sich das Team rein auf die Ausarbeitung und Simulation neuer Konzepte. Nach der Zwangspause entwickelte und fertigte das Team weiter: Das Batteriemanagementsystem wurden selber entwickelt, jede Platine wurde selber entwickelt und bestückt und auch die Software wurde selber programmiert. Die 6,47-KWh-Batterie wurde von 576 auf 720 Zellen erweitert. Auch modernste Technologien, wie Rekuperation mit einer Energierückgewinnung von mehr als 18% sowie autonomes Fahren, wurden entwickelt, erprobt und in das Fahrzeug übernommen.
Beim Rollout präsentierte das 25-köpfige Team aus 11 Nationen ein fertiges Fahrzeug mit 123 km/h Spitzengeschwindigkeit, 128 kW Leistung und 966 Nm Drehmoment. Das Gewicht des Wagen beträgt insgesamt nur 175 kg, davon macht der selbstgebaute Karbon Monocque nur 19 kg aus. Am einzigen Wettbewerb 2022 in Spanien konnte das Team leider trotzdem nicht teilnehmen, da eine Spezialfelge, die den Elektromotor aus aerodynamischen Gründen völlig aufnimmt und umschließt, nicht geliefert und in der kurzen Zeit auch nicht ersetzt werden konnte. Daher arbeitete das Team weiter daran, Aerodynamik, Gewicht und Leistung des Wagens ''emC23'' für die Saison 2023 weiter zu verbessern.
Und es gibt noch einen herben Rückschlag für das Team: Aufgrund der Entwicklungen um den Krieg in Russland, der Inflation und sinkendem BIP sehen etliche Sponsoren von einer weiteren Beteiligung am Projekt ab. Auch die bislang beteiligte Fakultät der TH Köln kürzt völlig überraschend die Gelder. Die internen Kosten sind durch die Preisentwicklungen stark gestiegen und können über das zur Verfügung stehende Budget nicht mehr getragen werden. So ist die Finanzierung der Saison nicht mehr gesichert. Das Rennteam wirbt nun bei anderen Sponsoren und Fakultäten der TH Köln um Beteiligungen, um ein komplettes Aus des Projektes über 2023 hinaus abzuwenden.

Seit 2009 konstruieren die Studierenden der TH-Köln, auf Basis des Wissens des letzten „Verbrenner-Teams 2008), rein elektrisch angetriebene Rennwagen. Am Anfang waren es nur ein paar Studenten, die mit dieser Idee die herausfordernde Reise begannen. Heute umfasst das Team in jeder Saison mehr als 20 Teammitglieder die sich aus verschiedenen Studiengängen selber organisieren und Rennwagen für Formula Student Wettbewerbe bauen. Angetrieben von zukunftsweisender Innovation und Hingabe wurde Jahr für Jahr eine konstante Entwicklung in allen Bereichen des Autos erreicht.

Als Distributor leisten wir schnelle und kompetente Unterstützung in Form von direkten Ansprechpartnern und haben eine kompetentes Außendienstteam für die Problemlösung vor Ort. Kunden profitieren von einer raschen Bearbeitung der Anfragen, der Bereitstellung von Datenblättern und Mustern sowie von unterschiedlichen Liefermengen vom Muster bis zur Serienfertigung.

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