Carsten Frederiksen

Freitag, 14. Juni 2019 · 0 min read

Quadrofoil

Messung des elektrischen Antriebsstrangs beim Quadrofoil

Das Quadrofoil Q2 ist als „umweltverträglicher elektrischer Tragflügel-Sportwagen für das Wasser“ bezeichnet worden. Für ein so komplexes Produkt müssen fortlaufend umfangreiche Messungen mit Prüfvorrichtungen durchgeführt werden. Dewesoft hat Quadrofoil bei der Erfassung und Analyse der Leistung des elektrischen Antriebsstrangs ihres Tragflügelboot-Prototyps unterstützt.

Das Q2 ist ein fortschrittliches elektrisch betriebenes Wasserfahrzeug für zwei Personen, das Geschwindigkeiten bis zu 40 km/h erreichen kann und einen Wenderadius von 7 Metern hat. Das Q2-Wasserfahrzeug verfügt über C-förmige Tragflügel, die ein flüsterleises Flugerlebnis über dem Wasser ermöglichen.

Es ist in zwei Modellen erhältlich: Q2A Electric mit einem 3,7-kW-Außenbordmotor und Q2S Electric mit dem sportlicheren 5,5-kW-Motor. Die Q2A-/Q2S-Elektromotoren können in drei bis vier Stunden vollständig aufgeladen werden und verfügen über ein intuitives Batteriemanagementsystem (BMS), das die Leistung der einzelnen Batteriezellen überwacht.

Das Q2 wird vom slowenischen Unternehmen Quadrofoil entwickelt und gefertigt, einem High-Tech-Elektrotechnikunternehmen, das sich zum Ziel gesetzt hat, die Zukunft der nautischen Industrie mitzugestalten und die Auffassung der Gesellschaft von der Beförderung zu Wasser neu zu definieren.

Tragflügel ermöglichen es, mit Booten höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, indem sie den Rumpf aus dem Wasser heben. Wenn sich ein normales Boot vorwärts bewegt, wird die meiste Energie dafür aufgewendet, das Wasser vor dem Boot zu verdrängen, um den Rumpf hindurch zu bewegen. Tragflügel können den Rumpf aus dem Wasser heben, so dass nur der auf die Flügel selbst wirkende Widerstand überwunden werden muss.

Dewesoft konfigurierte einen Messaufbau sowohl für den Gleichstrom- als auch für den Wechselstromanteil des Q2-Antriebsstrangs, um die Effizienz und Qualität der Leistungsumwandlung durch den Wechselrichter des bürstenlosen Motors zu messen. Zusätzlich wurden mit Hilfe einer inertialen Messeinheit (IMU) – einer elektronischen Vorrichtung, die die spezifische Kraft und Drehrate eines Körpers misst und aufzeichnet – die Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Fahrtrichtung des Fahrzeugs gemessen. Mit zwei Kameras wurde überwacht, wie viel Wasser die Tragflügel während der Fahrt verdrängten.

Zuerst wurden die Stromzangen an den Stromkabeln von der Batterie zum Wechselrichter sowie auf dessen Wechselstromseite (zum Motor) angebracht. Da der Raum unter der Motorhaube sehr eng ist, musste die Haube komplett entfernt und der Motor zum Schutz der Elektronik vor Wasser komplett mit einer Dehnfolie abgedeckt werden.

Dann wurde die IMU möglichst nah an der Mitte des Q2 platziert, und die beiden zugehörigen GPS-Antennen wurden am vorderen und hinteren Ende des Fahrzeugs montiert. Eine Kamera wurde seitlich mit Blick auf den linken hinteren Tragflügel angebracht, die zweite mit Blick auf die Fahrzeugfront hoch über dem Fahrzeug am Ende einer an der Rücksitzbank befestigten Stange.

Der Akkupack, die Stromversorgungseinheit für die Stromzangen, die SIRIUS HS und der Laptop wurden zweckmäßig verkabelt auf dem Rücksitz platziert und zum Schutz vor Spritzwasser in Plastiktüten verpackt. Schließlich ließ das Quadrofoil-Team das Fahrzeug zu Wasser, und ihr Testfahrer fuhr ein paar kürzere Runden, für die die Tragflügel jeweils unterschiedlich positioniert wurden, sowie eine längere Strecke zum Abschluss.

Die gesammelten Daten zeigten, dass das Fahrzeug ca. 10–12 km/h erreichen muss, um von den Tragflügeln aus dem Wasser gehoben zu werden, und dafür eine Leistung von rund 13–14 kW benötigt. Danach sinkt der Leistungsbedarf für Reisegeschwindigkeiten zwischen 24 und 30 km/h auf ca. 8–10 kW.

Der Wirkungsgrad des Wechselrichters lag über den gesamten Messzeitraum zwischen 95 und 99 Prozent. Dies ist ein klares Indiz dafür, dass der Wechselrichter wirklich effizient arbeitet. Das wiederum bedeutet, dass mehr Energie für den Antrieb zur Verfügung steht und der Kühlbedarf gering ist, was eine kompaktere und kostengünstigere Kühllösung ermöglicht.

Quadrofoil hat das Ziel, zu einem der führenden Unternehmen für E-Mobilität in der nautischen Industrie zu werden. In der Zukunft soll die Produktpalette sowohl Boote für den privaten Alltagsgebrauch als auch für den öffentlichen und den Frachtverkehr umfassen – alle ausgestattet mit umweltfreundlicher Tragflügeltechnik.