Leistungstests und -messungen an Elektrobooten

Alfastreet Marine fertigt exklusive kleine Freizeitboote, die derzeit in drei verschiedenen Längen lieferbar sind: 18, 23 und 28 Fuß. 10 Jahre nach Aufnahme ihrer Tätigkeit verkauft die Firma ihre Boote heute in 20 Ländern in aller Welt, wobei 75 % der ausgelieferten Einheiten elektrisch sind.

Beim Design und bei der Entwicklung achtet Alfastreet auf jedes noch so kleine Detail, um eine optimale Kombination von Funktionalität, zeitlosem Design und hoher Benutzerfreundlichkeit zu gewährleisten und so das bestmögliche Erlebnis auf jedem Gewässer zu bieten.

Alfastreet Marine bietet ein breites Sortiment an Booten mit individuell anpassbaren Optionen. Beim Kauf können die Kunden Entscheidungen nicht nur bezüglich des Designs des Bootes, sondern auch bezüglich des Antriebssystems und Antriebstyps treffen. Je nachdem, ob sie einen Elektro-, Diesel-, Benzin- oder Semi-Hybrid-Antrieb wählen, unterscheiden sich auch die Leistungsergebnisse.

Abhängig vom gewählten Antriebssystem stattet Alfastreet das Boot mit einem Verdränger- oder Gleiterrumpf aus. Ein Verdrängerrumpf weist eine konvexe Kontur bzw. Gleitfläche auf und hebt sich nicht aus dem Wasser, sondern durchpflügt und teilt es, während ein Gleitrumpf eine flache oder konkave Kontur besitzt und über das Wasser gleitet.

Die Herausforderung

Für die 28-Cabin-Modelle gibt es zahlreiche Anpassungsmöglichkeiten, der Hauptvorteil des Bootes liegt aber in der Wahl zwischen zwei Rumpfvarianten zur Gewährleistung einer optimalen Performance und Stabilität und maximaler Effizienz auf dem Wasser. Unabhängig von der gewählten Motorisierung ist der 28 Cabin Sport ein sicherer und komfortabler Cruiser, der auch bei schnellerer Fahrt ein hohes Maß an Qualität und Fahrspaß bietet.

Die Elektroversion des 28-Fuß-Cabin-Modells ist für ein luxuriöses Freizeiterlebnis an Bord ausgelegt und bietet mit ihrem einzigartigen Verdrängerrumpfdesign die bestmögliche Performance bei niedrigem Stromverbrauch.

Für den Hersteller ist es wichtig, das Leistungsvermögen des Bootes genau zu kennen, da jeder Kunde andere Anforderungen an Geschwindigkeit, Reichweite, Motorleistung und den Lithium-Ionen-Batterien hat.

Ziel ist es, über Daten zu verfügen, die die es ermöglichen, dem Kunden das Boot und seine Charakteristika noch besser und verständlicher zu erläutern. Die Testergebnisse sollten die Vorteile des Bootes und seiner Fahreigenschaften aufzeigen. 

Die Lösung

Die Leistungsmessgeräte von Dewesoft sind die flexibelste Lösung für jede Art von Leistungsanalyseberechnungen und Messungen der elektrischen und mechanischen Leistung. Sie kombinieren diverse Funktionen in einem einzigen Gerät:

• Leistungsanalyse, 

• Verbrennungsanalyse, 

• Oszilloskop, 

• Rohdatenlogging, 

• Spektralanalyse, 

• CAN-Logging 

• usw. 

Darüber hinaus sind sie in der Lage, alle Daten (elektrische Daten, mechanische Daten, Fahrzeugbusdaten, Positionsdaten, Video ...) synchron zu erfassen.

Der Dewesoft Power Analyzer wird in verschiedenen Branchen für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt. Im konkreten Fall wurde ein SIRIUSi-Einzelmodul-Datenerfassungssystem mit Hochspannungs- und Niederspannungsverstärkern und  AC- und DC-Stromzangen verwendet.

Der Dewesoft Power Analyzer ermöglicht den Einsatz verschiedener Stromwandler und Sensoren, abhängig von der jeweils erforderlichen Messgenauigkeit und dem für den Einbau der Sensoren verfügbaren Platz.

Der Messaufbau

Obwohl die elektrische Version des Alfastreet 28 Cabin mit ihrem Verdrängerrumpf am besten für Fahrten auf Binnengewässern geeignet ist, wurden auch Messungen auf See mit folgender Hardwarekonfiguration durchgeführt:

• Datenerfassungssystem SIRIUSi HS 4x HV, 4x LV

• Stromzangen DS-CLAMP-1800DC

• Akkupack DS-BP2i

• Trägheitssensor DS-IMU1

• Webcam Logitech C920

Die Aufzeichnung, Visualisierung und Analyse der Daten erfolgte mit dem Leistungsmodul des Softwarepakets DewesoftX. Für die Berechnung der elektrischen Leistung wurde die Gleichstrom-Systemkonfiguration des Moduls verwendet.

Die von den Batterien abgegriffene Ausgangsspannungen wurden mit dem HV-Verstärker verbunden, die DS-CLAMP-1800DC-Stromzangen mit dem LV-Verstärker. Grund für die Entscheidung, Stromzangen zu verwenden, war deren einfache Anbringung. Die Dewesoft-Akkupacks vom Typ DS-BP2i mit einer Gesamtkapazität von 192 Wh gewährleisteten die Stromversorgung der Ausrüstung über mehrere Stunden.

Da nicht nur die elektrischen Werte, sondern auch die Geschwindigkeit und die Position des Bootes gemessen werden mussten, kam ein Trägheitssensor vom Typ DS-IMU1 zum Einsatz. Der DS-IMU1 kombiniert verschiedene Aufnehmer (wie Gyroskop, Beschleunigungssensor, Magnetometer, Drucksensor und einen Hochgeschwindigkeits-GNSS-Empfänger) und liefert mithilfe ausgefeilter Algorithmen sehr genaue und zuverlässige Navigations- und Orientierungsdaten. 

Für die Visualisierung des Testablaufs wurde zusätzlich eine Standard-Webcam installiert.

Da die mit TEDS-Chips in den Steckern ausgestatteten Stromzangen von der Dewesoft-Software automatisch erkannt werden, waren der Testaufbau und der Anschluss aller Sensoren innerhalb einer halben Stunde abgeschlossen.

Die Messungen

Zur Überprüfung der Spezifikationen der beiden Elektromotoren sowie der Batterieleistung waren Gleichstrom- und Spannungsmessungen an den Batterien (Laden und Entladen) sowie Berechnungen der Leistungsabgabe erforderlich.

Die Stabilität und die Performance des Bootes wurden in diversen realen Situationen getestet. Dabei wurden Messungen unter verschiedenen Fahrbedingungen, bei extremen Manövern und bei Höchstgeschwindigkeit durchgeführt:

• gleichmäßige Beschleunigung

• schnelle Verzögerung

• Wenden

• Fahrt mit einem Motor

• Wenden mit einem Motor

Während des Tests wurden die unterschiedlichen Manöver ausgeführt. Der Messbildschirm zeigt alle benötigten Daten – Gleichspannung, Strom und Wirkleistung für beide Batterien – an, während die Videokamera und der Trägheitssensor zusätzliche Informationen über die Testbedingungen liefern. Die Stromsignale (die blaue und die graue Kurve) zeigen an, dass mehrere Tests mit gleichmäßiger Beschleunigung durchgeführt wurden. 

Der Screenshot oben zeigt die mehrfach wiederholte Messung der gleichmäßigen Beschleunigung. Alfastreet interessiert sich hauptsächlich für die Endgeschwindigkeit des Bootes sowie die Leistung und den Wirkungsgrad der beiden Antriebsstränge. Die gemessene Geschwindigkeit lässt erkennen, dass die Elektroversion des 28 Cabin für ein luxuriöses Cruising-Erlebnis ausgelegt ist.

Die Messergebnisse

Durch die Messungen wurden die technischen Eigenschaften des Bootes – die Eigenschaften des Zusammenspiels der beiden 10-kW-Elektromotoren mit dem Verdrängerrumpf – im Detail dokumentiert. Außerdem bestätigten die Testergebnisse die Resultate der vorher durchgeführten Simulationen hinsichtlich der maximalen Motorleistung und Endgeschwindigkeit des Bootes.
Der Test hat gezeigt, dass Messungen verschiedener Parameter mit einem SIRIUS-System und diversen Sensoren im Handumdrehen durchgeführt werden können. Zusätzlich und parallel dazu konnte direkt an den Elektromotoren eine Prüfung elektrischer Größen durchgeführt werden, um einen noch besseren Einblick in ihre Performance zu erhalten.

Fazit

Alfastreet ist dabei, ihren Markt aktiv zu erweitern. Ihr Bestseller sind Elektroboote, die besonders gut für Binnenseen geeignet sind, die mit Verbrennungsmotoren nicht befahren werden dürfen.

Als Hersteller muss Alfastreet die Performance der Boote und ihre Fahreigenschaften kennen. Gerade bei neuen Bootsmodellen wie dem hier getesteten bieten unsere Messergebnisse nicht nur einen besseren Einblick in die Optimierungsmöglichkeiten, sondern erleichtern auch die Verkaufsplanung, indem sie zusätzliche Informationen liefern.

Durch die Messungen hat Alfastreet genaue Kenntnisse der Eigenschaften des getesteten Elektrobootes erlangt und ist nun in der Lage, weitere Charakteristika auch bei Nutzung anderer Antriebe besser vorherzusagen. Zudem können die Daten für die technische Dokumentation und zur Darstellung der Vorteile der Elektroversion des Alfastreet 28 Cabin in Verkaufsbeschreibungen genutzt werden.

Schließlich dienen die durchgeführten Messungen den Käufern als Grundlage für die Konfiguration ihrer maßgeschneiderten Version des Elektrobootes. Die maximale Reichweite, die Höchst- und die Reisegeschwindigkeit sind für Alfastreet-Kunden wichtige Informationen bei der Auswahl des Bootes und des passenden Antriebs – und unsere Messungen liefern gerade zu diesen Parametern besonders genaue Daten.